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特表2024-501119ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-11
(54)【発明の名称】ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
A61B 18/22 20060101AFI20231228BHJP
A61N 5/067 20060101ALI20231228BHJP
【ＦＩ】
A61B18/22
A61N5/067
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023531510
(86)(22)【出願日】2021-11-24
(85)【翻訳文提出日】2023-07-20
(86)【国際出願番号】 IB2021060945
(87)【国際公開番号】W WO2022112977
(87)【国際公開日】2022-06-02
(31)【優先権主張番号】63/118,117
(32)【優先日】2020-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/118,857
(32)【優先日】2020-11-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/252,830
(32)【優先日】2021-10-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】502272398
【氏名又は名称】ルメニス・リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(72)【発明者】
【氏名】ハチャトゥロフ、アルカジー
(72)【発明者】
【氏名】ロンデル、ヴィタリー
【テーマコード（参考）】
4C026
4C082
【Ｆターム（参考）】
4C026AA03
4C026AA04
4C026AA08
4C026FF03
4C026FF17
4C026GG06
4C082RA02
4C082RA05
4C082RA06
4C082RC06
4C082RC09
4C082RE03
4C082RE17
4C082RJ06
(57)【要約】
本開示は、ファイバ・フィードバック（ＦＦＢ）技術の分野に関し、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための方法およびシステムを提供する。方法は、光放射、伝送、および検出（ＬＥＴＤ）システムによって、異なるレーザ光源を使用して、低い吸水率および高い吸水率を有する異なる波長のレーザ光で標的を照射する工程と、異なる波長の入射レーザ光に対応する戻された信号を受け取る工程と、特有の波長の戻された信号の強度値を測定するために、戻された信号を検出する工程とを含む。測定された強度値を使用して、処理ユニットは、ファイバ端部と標的との間の距離を推定してもよい。本開示は、ファイバ端部と標的との間の距離の正確な推定を可能にする。本開示はまた、異なるタイプの標的と適合可能であるロバストな距離推定技法も提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の波長のレーザ光を生成するための第１のレーザ源と、第２の波長のレーザ光を生成するための第２のレーザ源と、
遠位端部を有する光ファイバであって、前記第１および前記第２のレーザ源からのレーザ光を前記遠位端部から外に進め、反射レーザ光を前記遠位端部内に受け取るように構成される、光ファイバと、
前記反射光の強度を測定するための光検出器と、
命令を備えるプロセッサおよびメモリであって、前記命令は、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、前記光検出器によって測定された前記反射光の前記強度に基づいて、前記光ファイバの前記遠位端部と標的との間の距離を推定させる、プロセッサおよびメモリとを備える、システム。
【請求項2】
前記第１の波長が、前記第２の波長の第２の吸水率より高い第１の吸水率を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の吸水率対前記第２の吸水率の比が、少なくとも２対１である、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１の波長が、約１３３０ｎｍから約１３８０ｎｍであり、前記第２の波長が、約１２６０ｎｍから約１３２０ｎｍである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項5】
前記光ファイバの状態を特徴付けるために利用される第３の波長のレーザ光を生成するための第３のレーザ源を備え、前記第３の波長が、前記第１および前記第２の吸水率より高い第３の吸水率を有する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項6】
前記第３の波長が、約１４３５ｎｍ、約２１００ｎｍ、または約１８７０ｎｍから約２０５０ｎｍの間の波長を備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記光検出器が、前記第１の波長の前記レーザ光に対応する前記反射光の第１の強度値と、前記第２の波長の前記レーザ光に対応する前記反射光の第２の強度値とを測定する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項8】
前記命令が、前記プロセッサによって実行されたとき、さらに、前記プロセッサに、前記第１の強度値と前記第２の強度値との比を計算させ、
前記第１の強度値と前記第２の強度値との前記比に基づいて、前記光ファイバの前記遠位端部と前記標的との間の前記距離を推定させる、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記第１および前記第２のレーザ源の１つまたは複数が、偏光保持ピグテール型ファイバ・レーザ、単一モード・ピグテール型ファイバ・レーザ、または自由空間レーザを備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項10】
前記光ファイバの近位端部に結合された波長分割多重装置（ＷＤＭ）であって、同じ地点および同じ角度の１つまたは複数において前記光ファイバの近位端部に入るように前記第１の波長の前記レーザ光および前記第２の波長の前記レーザ光を配置する、ＷＤＭを備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項11】
複数の異なる波長のレーザ光で標的を照明する工程と、光ファイバを介して前記標的から反射光ビームを受け取る工程と、
１つまたは複数の光検出器によって前記反射光ビームの強度を測定する工程と、
前記１つまたは複数の光検出器によって測定された前記反射光ビームの強度に基づいて、前記光ファイバの遠位端部と前記標的との間の距離を推定する工程とを備える、方法。
【請求項12】
前記標的を照明するために前記光ファイバを介して前記複数の異なる波長の前記レーザ光を放射する工程を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
第１の波長のレーザ光に対応する前記反射光ビームの第１の強度値と、第２の波長のレーザ光に対応する前記反射光ビームの第２の強度値とを測定する工程を備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の波長が、約１３３０ｎｍから約１３８０ｎｍであり、前記第２の波長が、約１２６０ｎｍから約１３２０ｎｍである、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の強度値と前記第２の強度値との比を計算する工程と、前記第１の強度値と前記第２の強度値との前記比に基づいて、前記光ファイバの前記遠位端部と前記標的との間の前記距離を推定する工程とを備える、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、医療または治療レーザ送達において使用される光ファイバの分野に関する。詳細には、それに限らないが、本開示は、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
医療分野へのレーザの導入およびレーザを使用する光ファイバ技術の開発は、治療、診断、セラピーなどにおいて数多くの用途を開いてきた。そのような用途は、侵襲的および非侵襲的治療から内視鏡手術および画像診断にわたる。たとえば、尿石治療では、尿石は、より小片に破砕することが必要とされる。レーザ砕石術として知られている技術が、そのような破砕プロセスに使用されてもよく、この場合、中小サイズの尿石のために、剛性または可撓性の尿管鏡が、照明および撮像のために尿路を通って留置される。同時に、光ファイバが、尿管鏡の作動チャネルを通って標的場所に（たとえば膀胱、尿管、または腎臓内の石が存在する場所に）挿入される。レーザは、次いで、石をより小片に破砕するか、またはこれをダスティングするように活性化される。別の場合では、凝固またはアブレーション治療において、レーザおよび光ファイバ技術が使用される。アブレーション治療中、レーザ光は、組織を気化させるために組織に送達される。凝固治療中、レーザ光は、組織内に熱的ダメージを誘発するために使用される。そのようなアブレーション治療は、前立腺肥大症（ＢＰＨ）、前立腺がん、肝がん、肺がんなどのがんなどのさまざまな臨床症状を治療するために、また心臓内の組織の一部をアブレーションするおよび／または凝固させることによって心臓の状態を治療するために使用されてもよい。
【0003】
レーザおよび光ファイバ技術を使用するこれらの治療は、組織アブレーション、凝固、砕石、ダスティングなどの臨床的目的を達成するために、レーザが正しい標的（石、組織、腫瘍など）に照準されることを保証するために高い正確性を必要とする。したがって、エネルギー、パルス幅、レーザ・パワー変調、および／または繰り返し数などのレーザ治療パラメータは、光ファイバの先端から標的までの間の距離に基づいて決定されることが多いため、標的と、レーザ光が放射される光ファイバの端部（遠位端部）との間の距離を知ることは重要である。
【0004】
光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定するための既存の技法の１つは、光ビームの反射の強度値を測定し、比較することを実現し、この場合、光ビームは、光ビームの開口数を変調することによって、光ファイバを通って伝送される。しかし、光ビームの開口数をシフトさせることは、常に好都合であるとは限らない。さらに、これらの技法に必要とされる、異なる開口数の光ビームの反射の分離は難しい。
【発明の概要】
【0005】
本概要は、詳細な説明において以下にさらに説明される簡易化された形態の一連の概念を導入するために提供される。この概要は、特許請求される主題の重要となる特徴または必須の特徴を必ずしも特定するようには意図されておらず、特許請求される主題の範囲を決定する上での補助として意図されるものでもない。
【0006】
１つの態様では、本開示は、第１および第２のレーザ源と、光ファイバと、光検出器と、プロセッサおよびメモリとを備えるシステムに関する。第１のレーザ源は、第１の波長のレーザ光を生成してもよく、第２のレーザ源は、第２の波長のレーザ光を生成してもよい。光ファイバは、遠位端部を有してもよく、第１および第２のレーザ源からのレーザ光を遠位端部から外に進め、反射レーザ光を遠位端部内に受け取るように構成されてもよい。光検出器は、反射光の強度を測定してもよい。プロセッサおよびメモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、光検出器によって測定された反射光の強度に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定させる命令を含んでもよい。
【0007】
いくつかの実施形態では、第１の波長は、第２の波長の第２の吸水率より高い第１の吸水率を有する。いくつかのそのような実施形態では、第１の吸水率対第２の吸水率の比は、少なくとも２対１である。別のそのような実施形態では、第１の波長は、約１３３０ｎｍから約１３８０ｎｍであり、第２の波長は、約１２６０ｎｍから約１３２０ｎｍである。さらに別の実施形態は、光ファイバの状態を特徴付けるために利用される第３の波長のレーザ光を生成するために第３のレーザ源を含み、第３の波長は、第１および第２の吸水率より高い第３の吸水率を有する。別の実施形態では、第３の波長は、約１４３５ｎｍ、約２１００ｎｍ、または約１８７０ｎｍから約２０５０ｎｍの間の波長を備える。
【0008】
いくつかの実施形態では、光検出器は、第１の波長のレーザ光に対応する反射光の第１の強度値と、第２の波長のレーザ光に対応する反射光の第２の強度値とを測定する。いくつかのそのような実施形態では、命令は、プロセッサによって実行されたとき、さらに、プロセッサに、第１の強度値と第２の強度値との比を計算させ、第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定させる。
【0009】
さまざまな実施形態では、第１および第２のレーザ源の１つまたは複数は、偏光保持ピグテール型ファイバ・レーザ、単一モード・ピグテール型ファイバ・レーザ、または自由空間レーザを備える。
【0010】
一部の実施形態は、光ファイバの近位端部に結合された波長分割多重装置（ＷＤＭ）であって、同じ地点および同じ角度の１つまたは複数において光ファイバの近位端部に入るように第１の波長のレーザ光および第２の波長のレーザ光を配置する、ＷＤＭを含む。
【0011】
別の態様では、本開示は、命令のセットを備える少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体であって、命令のセットは、プロセッサ回路によって実行されたことに応答して、プロセッサ回路に、第１の波長のレーザ光に対応する第１の反射レーザ光に基づいて、第１の強度値を決定することであって、第１の波長のレーザ光は、光ファイバの遠位端部を退出し、第１の反射レーザ光は、標的によって反射され、光ファイバの遠位端部に入る、第１の強度値を決定することと、第２の波長のレーザ光に対応する第２の反射レーザ光に基づいて、第２の強度値を決定することであって、第２の波長のレーザ光は、光ファイバの遠位端部を退出し、第２の反射レーザ光は、標的によって反射され、光ファイバの遠位端部に入る、第２の強度値を決定することと、第１の強度値と第２の強度値との比を計算することと、第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定することとのうちの１つまたは複数を実施させる、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体に関する。
【0012】
いくつかの実施形態では、命令のセットは、プロセッサ回路による実行に応答して、さらに、プロセッサ回路に、第１の強度値を決定するために第１の測定された強度値から第１の内部反射値を減算させ、第２の強度値を決定するために第２の測定された強度値から第２の内部反射値を減算させる。
【0013】
さまざまな実施形態では、命令のセットは、プロセッサ回路による実行に応答して、さらに、プロセッサ回路に、第３の波長のレーザ光に対応する第３の反射レーザ光に基づいて、内部反射値を決定させ、第３の波長のレーザ光は、レーザ源を退出し、第３の反射レーザ光の少なくとも一部分は、光ファイバの遠位端部によって反射される。さまざまなそのような実施形態では、命令のセットは、プロセッサ回路による実行に応答して、さらに、プロセッサ回路に、内部反射値とベースラインの内部反射値とを比較させ、内部反射値とベースラインの内部反射値との比較に基づいて、治療ビームの動作パラメータを調整させる。別のそのような実施形態では、命令のセットは、プロセッサ回路による実行に応答して、さらに、プロセッサ回路に、内部反射値とベースラインの内部反射値とを比較させ、内部反射値とベースラインの内部反射値との比較に基づいて光ファイバの状態を特徴付けさせ、ユーザ・インターフェースを介して光ファイバの状態の表示を伝えさせる。
【0014】
いくつかの実施形態では、命令のセットは、プロセッサ回路による実行に応答して、さらに、プロセッサ回路に、ユーザ・インターフェースを介して、光ファイバの遠位端部と標的との間の推定された距離の表示を伝えさせる。
【0015】
さらに別の態様では、本開示は、複数の異なる波長のレーザ光で標的を照明する工程、光ファイバを介して標的から反射光ビームを受け取る工程、１つまたは複数の光検出器によって反射光ビームの強度を測定する工程、および１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビームの強度に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定する工程のうちの１つまたは複数を備える、方法を含んでもよい。
【0016】
いくつかの実施形態では、方法は、標的を照明するために光ファイバを介して複数の異なる波長のレーザ光を放射する工程を含む。
さまざまな実施形態では、方法は、第１の波長のレーザ光に対応する反射光ビームの第１の強度値と、第２の波長のレーザ光に対応する反射光ビームの第２の強度値とを測定する工程を含む。さまざまなそのような実施形態では、方法は、第１の強度値と第２の強度値との比を計算する工程と、第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定する工程とを含む。
さまざまな実施形態では、方法は、第１の波長のレーザ光に対応する反射光ビームの第１の強度値と、第２の波長のレーザ光に対応する反射光ビームの第２の強度値とを測定する工程を含む。さまざまなそのような実施形態では、方法は、第１の強度値と第２の強度値との比を計算する工程と、第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定する工程とを含む。
【0017】
本開示の非限定的な実施形態は、添付の図を参照しながら例として説明され、それらの図は、概略的であり、縮尺に合わせて描かれるようには意図されていない。図では、図示されるそれぞれの同一またはほぼ同一の構成要素は、典型的には、単一の番号によって表される。本開示に含まれるさまざまな図が、いくつかの構成要素を省略してもよく、いくつかの構成要素の一部分を示してもよく、および／または別様では隠されているように見え得る構成要素を示し、説明することを容易にするために、いくつかの構成要素を透明であるように提示してもよいことが理解されよう。明確にするために、すべての図においてすべての構成要素が標識されているとは限らず、当業者が本開示を理解することを可能にするのに説明が必要ではないところでは、各実施形態のすべての構成要素が示されているとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的なアーキテクチャを示す図。
【図1B】本開示のいくつかの実施形態による、例示的な光ファイバを示す図。
【図2A】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す図。
【図2B】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2C】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2D】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2E】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2F】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2G】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成を示す別の図。
【図2H】本開示のいくつかの実施形態による、特有の角度において切断された、光ファイバの近位端部の例示的な図。
【図2I】本開示のいくつかの実施形態による、特有の角度において切断された、光ファイバの近位端部の別の例示的な図。
【図3A】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法を示すフロー図。
【図3B】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法を示す別のフロー図。
【図3C】本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法を示す別のフロー図。
【図4】本開示と一致する実施形態を実装するための例示的なコンピュータ・システムのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本開示は、光ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための方法およびシステムを提供する。レーザを使用する治療の効率性が、標的に対する光ファイバ先端の相対的な位置および配向に左右されることが多いことを理解されたい。しかし、対象者（たとえば患者）の体内の位置および配向に関する光ファイバの移動、組織環境、組織の移動、標的の表面、標的の色、標的の色素、治療中の光ファイバ先端の劣化、潅注、および見通しが悪い環境（たとえばダスティングによる）などのさまざまな要因により、光ファイバ先端と標的との間の距離を決定または推定することは極めて難しい。光ファイバ先端と標的との間の距離を決定することは、光ファイバ先端が、典型的には、対象者の体に挿入されるという事実によってさらに複雑にされる。
【0020】
ファイバ端部と標的との間の距離の間違った推定およびファイバ端部の配向の間違った推定は、標的の関心領域ではない領域にレーザを照準することを招く可能性がある。これは、不必要な合併症を招くことがあり、いくつかの場合では、これは、対象者の組織、器官などの特定の部分に対して恒久的なダメージを招く可能性もあり、それによって対象者の体の一部分を機能不全にし得る。いくつかの他のシナリオでは、間違った距離測定および配向は、治療の継続時間の増大を招くことがあり、または低品質のアブレーション／破砕結果を招くことがある。ＢＰＨまたはがんなどのいくつかの場合、腫瘍が適切にアブレーションされない場合、腫瘍（または他の望ましくない組織）の再増殖を招いて、さらなる合併症を招くことがある。したがって、上記で論じられたようなレーザおよび光ファイバ技術を使用して特定の治療を実施する間、光ファイバ先端と標的との間の正確な距離を決定する（または所望の距離を維持する）ことが重要である。
【0021】
方法は、光放射、伝送、および検出（ＬＥＴＤ）システムによって、異なるレーザ光源を使用して、低い吸水率および高い吸水率を有する異なる波長のレーザ光で標的を照明する工程を含む。波長は、これらが互いに近く、同じ「ｎｍスケール」に属するように選択されてもよい。さらに、ＬＥＴＤシステムは、異なる波長の入射レーザ光に対応する、戻された信号を受け取る。戻された信号は、照明後に標的から反射された光ビームを備える。ＬＥＴＤシステム内に構成された１つまたは複数の光検出器が、特有の波長の戻された信号の強度値を測定するために、戻された信号を検出してもよい。測定された強度値を使用して、処理ユニットが、次いで、ファイバ端部と標的との間の距離を推定してもよい。
【0022】
本開示は、ビーム合成器、ビーム分割器、偏光器、コリメータ、波長分割多重装置（ＷＤＭ）、光検出器などのさまざまな光構成要素の異なる配置を備える異なる構成において、説明されたＬＥＴＤシステムを使用する。本開示は、ファイバ端部と標的との間の距離の正確な推定を可能にする。追加的に、本開示は、異なるタイプの標的に適合可能であるロバストな距離推定技法を提供する。さらに、本開示は、１つまたは複数の動作パラメータを制御および／または調整する目的で使用されてもよい。たとえば、治療中、標的は、あちらこちらに、前後に、もしくは別様に移動することがあり、またはその形状、サイズ、組成、色素、および色の１つまたは複数を変化させることがある。したがって、標的へのレーザ発振を開始する前に事前設定されたレーザ源のパラメータは、効果が低下し得る。従来的には、そのような事前設定されたパラメータは、手動で変更されており、それによって、エラーが生じやすく、時間がかかることがあり、またはいくつかの場合、事前設定されたパラメータは、変更されないままにされることがあり、それによって、光ファイバが標的に近すぎる、または標的から遠すぎることになり得るシナリオを招くことがある。したがって、本開示は、光ファイバ端部と標的との間の距離の自動のリアルタイムでの監視を可能にし、さらに、標的の形状、位置などにしたがってレーザ発振を調整し、治療からの所望の結果または転帰をより達成しやすくするために、事前設定されたレーザ発振パラメータの自動の変更を可能にする。
【0023】
前述は、本開示の以下の詳細な説明がより良好に理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点を広範に概説してきた。開示される実施形態は、本開示の同じ目的を行うために他の構造を改変または設計するための基礎として容易に利用されてもよいことが、当業者によって理解されるものとする。本開示の、その構成および動作方法に関する新規の特徴は、さらなる目的および利点と共に、添付の図に関連して考慮することで以下の説明からより良好に理解されるであろう。しかし、図のそれぞれが、例証および説明の目的のみで提供されており、本開示の限定の定義として意図されていないことを明確に理解されたい。
【0024】
図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的なアーキテクチャ１００を示す。いくつかの実施形態では、例示的なアーキテクチャ１００は、標的１０１と、光ファイバ１０３と、光放射、伝送、および検出（ＬＥＴＤ）システム１０５と、処理ユニット１０７と、表示器１０９とを備える。いくつかの実施形態では、標的１０１は、治療、アブレーション、または破壊される対象である対象者体内の組織、石、腫瘍、嚢腫などであってもよい。いくつかの実施形態では、対象者は、ヒトまたは動物であってもよい。さらに、光ファイバ１０３は、近位端部と遠位端部とを備える。近位端部は、光ファイバ１０３の、光ビームが光ファイバ１０３にそこを通って入る端部であり、遠位端部は、光ファイバ１０３の、光ビームがそこを通って放射され、標的１０１上に導かれることが可能である端部である。したがって、光ビーム１１５は、図１Ｂに示されるように、光ファイバ１０３の近位端部１１１で入り、光ファイバ１０３の長さを通して伝播し、遠位端部１１３から退出し、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から標的１０１上に（または向かって）導かれる。
【0025】
いくつかの実施形態では、光ビームは、光源から導かれたビームであってもよい。たとえば、光源は、レーザ光源であることができる。一例として、レーザ光源は、それだけに限定されないが、固体レーザ、ガス・レーザ、ダイオード・レーザ、およびファイバ・レーザを含んでもよい。光ビームは、照準ビーム、治療ビーム、および光ファイバ１０３を通って伝送される任意の他のビームの１つまたは複数を含んでもよい。さまざまな実施形態では、照準ビームは、光ファイバ端部（たとえば、遠位端部１１３）と標的１０１との間の距離を推定するために光ファイバ１０３を通って伝送される低強度の光ビームを含んでもよい。一部の実施形態では、治療ビームは、標的１０１を治療するために光ファイバ１０３を通って伝送される高強度の光ビームを含んでもよい。いくつかの実施形態では、異なる光ビームが、１つまたは複数のレーザ光源によって生み出されてもよい。特有の例として、照準ビームは、１つのレーザ源によって生成されてもよく、治療ビームは、別のレーザ源によって生成されてもよい。別の例では、照準ビームと治療ビームの両方は、単一のレーザ源によって生成されてもよい。さらに別の例では、異なるレーザ光源が、異なる波長、特徴などの光ビームを生成するために使用されてもよい。
【0026】
さらに、光ファイバ１０３は、光ビームを受け取り、標的１０１に照準され、標的１０１の表面およびその周りの領域から反射した反射光ビームを送達するために、図１Ａに示されるようなＬＥＴＤシステム１０５に関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光ファイバ１０３は、任意選択により、ポート（図１Ａには示されず）を介してＬＥＴＤシステム１０５に機械的および／または電気的に結合されてもよい。
【0027】
いくつかの実施形態では、ＬＥＴＤシステム１０５は、本開示のさらなる部分において詳細に説明されるようにさまざまな組合せで構成された、それだけに限定されないが、レーザ光源、偏光器、ビーム分割器、ビーム合成器、光検出器、波長分割多重装置、コリメータ、サーキュレータを含んでもよい光構成要素を備える。
【0028】
多くの実施形態では、レーザ光源は、標的１０１に光ビーム１１５を照準する目的の低強度照準ビームおよび標的１０１を治療するための高強度治療ビーム、ならびに／または用途に基づいて可変の特徴（たとえば強度、波長など）を有する光ビームなどのレーザ光ビームを生成するように構成される。各レーザ光源は、異なる波長を有するレーザ光を生成するように構成されてもよく、異なる波長の各々は、異なる吸水率を有することができる。さらに、各レーザ光源は、同じ開口または異なる開口を有してもよい。いくつかの実施形態では、各レーザ光源は、異なる目的で設計されてもよく、たとえば、１つのレーザ光源は、特定の強度の照準ビームを生成するように構成されてもよく、１つのレーザ光源は、特定の強度の治療ビームを生成するように構成されてもよく、１つまたは複数のレーザ光源は、特有の吸水率を有する特有の波長の光ビームを生成するように構成されてもよい。追加的に、各レーザ光源は、偏光されたレーザ光または偏光されていない／偏光解消された光を生成するように構成されてもよい。
【0029】
偏光器は、光フィルタとして作用する光構成要素を含んでもよい。たとえば、偏光器は、特有の偏光の光ビームを通過させ、異なる偏光の光ビームをブロックすることを可能にするように構成されてもよい。したがって、未定義の光（または混合した偏光の光ビーム）が偏光器に対する入力として提供されると、偏光器は、十分に定義された、単一の偏光された光ビームを出力として提供する。
【0030】
ビーム分割器は、入射光を指定された比で２つの別個のビームに分割するために使用される光構成要素を含んでもよい。さらに、ビーム分割器は、入射の所望の角度（ＡＯＩ）で入射するように光を操作するように配置されてもよい。したがって、多くの実施形態では、ビーム分割器は、２つのパラメータ、すなわち分離の比とＡＯＩとを有して主に構成されることが可能である。分離の比は、ビーム分割器の反射対伝送の比（反射／伝送（Ｒ／Ｔ）比）を備える。したがって、本明細書で使用されるとき、ビーム分割器の分離比が５０：５０として表示される場合、これは、ビーム分割器が、入射光ビームを５０：５０のＲ／Ｔ比で分割することを意味する。換言すれば、ビーム分割器は、入射光を５０％反射し、他の５０％を伝送することによって変更することにより、入射光ビームを分割する。さらに、一例として、ビーム分割器のＡＯＩが４５度として表示される場合、これは、ビーム分割器が、４５度の角度で光ビームが入射することを保証することを意味している。ビーム分割器は、それだけに限定されないが、偏光型ビーム分割器、および無偏光型ビーム分割器を含んでもよい。偏光型ビーム分割器は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分に基づいて、たとえば、光のＳ偏光成分を反射し、光のＰ偏光成分を伝送する（またはその逆の形）などによって、入射光を分割してもよい。いくつかの実施形態では、無偏光型ビーム分割器は、入射光ビームの元の偏光状態を維持しながら特有のＲ／Ｔ比に基づいて入射光ビームを分割してもよい。
【0031】
ビーム合成器は、上記で説明されたように伝送および反射の原理を使用するなどによって、光の２つ以上の波長を組み合わせる部分的反射装置を含んでもよい。多くの実施形態では、ビーム合成器は、２つ以上の波長の光を組み合わせる機能を実施する、ビーム分割器および鏡の組合せであってもよい。
【0032】
光検出器は、光ビームの特徴を検出および／または測定し、検出されたおよび／または測定された特徴を電気信号で符合化するデバイスを含んでもよい。たとえば、光検出器は、（事前構成された）光ビームの特有のタイプを検出し、検出された光ビームに関連付けられた光エネルギーを電気信号に変換してもよい。いくつかの実施形態では、波長分割多重化は、異なる波長のレーザ光を使用しながら、いくつかの光キャリア信号を単一の光ファイバ上で組み合わせる技術を含み得る。
【0033】
コリメータは、光ビームを絞り込むデバイスを含んでもよい。光ビームを絞り込むために、コリメータは、動きの方向が特有の方向（たとえば平行光線）により位置合わせされるように、またはビームの空間断面を小さくするように構成されてもよい。多くの実施形態では、コリメータは、点源から発散する光を平行ビームに変更するために使用されてもよい。
【0034】
サーキュレータは、複数のポートの所定の順序によって光を受け取り、放射するように構成された複数ポート光デバイスを含んでもよい。たとえば、サーキュレータは、任意の１つのポートに入った光が次のポートから退出するように設計された、３ポート（または４ポート、または５ポートなど）の光デバイスを含んでもよい。１つのそのような例では、第１のポートに入った光は、第２のポートを退出してもよく、第２のポートに入った光は、第３のポートを退出してもよく、第３のポートに入った光は、第１のポートを退出してもよい。しばしばサーキュレータは、光ビームを一方向のみに進行させることを可能にするために利用されてもよい。
【0035】
ビーム分割器が５０：５０のＲ／Ｔ比と４５度のＡＯＩとを有するなど、本明細書に説明される光構成要素が特有のパラメータをリストする場合、これらのパラメータは、開示される概念の全般的な理解のために提供されるものであり、限定的ではないことが留意される。特有の例として、ビーム分割器は、本開示および特許請求の範囲から逸脱することなく、ここで明記されたものとは異なるＲ／Ｔ比および／またはＡＯＩを有して、本明細書に説明されるさまざまな実施形態において提供され得る。１つのそのような例では、４０度のＡＯＩが利用されてもよい。別のそのような例では、４７：５３のＲ／Ｔ比が利用されてもよい。
【0036】
ＬＥＴＤシステム１０５は、さらに、通信ネットワークを介して処理ユニット１０７に関連付けられる。いくつかの実施形態では、通信ネットワークは、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークであってもよい。処理ユニット１０７は、ＬＥＴＤシステム１０５から測定された値を受け取り、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、距離推定に必要とされる処理能力を有するスタンドアロンのデバイスであってもよい。たとえば、処理デバイス１０７は、ＬＥＴＤシステム１０５から受け取られた電気信号に基づいて距離を決定するように配置された回路を含むことができる。別の例として、処理デバイス１０７は、命令を備える回路およびメモリを含むことができ、この命令は、回路によって実行されたとき、回路に、ＬＥＴＤシステム１０５から受け取られた電気信号に基づいて距離を決定させる。さらに、いくつかの他の実施形態では、処理ユニット１０７は、処理能力を使用して距離推定を実施するように構成された、ラップトップ、デスクトップ、モバイル・フォン、タブレット・フォンなどのコンピューティング・デバイスであってもよい。
【0037】
処理ユニット１０７は、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の推定された距離を表示するために表示器１０９に関連付けられてもよい。表示器１０９は、それだけに限定されないが、推定された距離を表示する視覚的表示器、推定された距離をアナウンスする音声表示器、または振動パターンによって推定された距離を表示する触覚表示器を含んでもよい。さまざまな実施形態では、表示器は、グラフィカル・ユーザ・インターフェースによって提示されてもよく、および／またはビデオ・フィードなどのグラフィカル表現上に重ねられてもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７として構成されたコンピューティング・デバイスは、表示器１０９の機能を実施するように構成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、表示器１０９は、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の推定された距離を表示するように構成された、スタンドアロンのデバイスであってもよい。
【0038】
ファイバ端部と標的との間の距離を推定するためのさまざまな例示的な構成が、以下で詳細に説明される。しかし、以下で説明される構成の各々に使用される異なる光構成要素に関連付けられた値およびパラメータは、例示的のみとして考慮されなければならず、本開示の限定として捉えられてはならない。
【0039】
図２Ａから図２Ｇは、ＬＥＴＤシステム１０５の数多くの構成を含むアーキテクチャ１００の一部の例示的な構成を示す。しばしば前の図（たとえば図２Ａ）の説明が、別の図（たとえば図２Ｅ）を完全に説明するために使用されることが留意される。しかし、例は、この点に関して限定されない。
【0040】
図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ａを示す。構成２００Ａでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の偏光（または無偏光）レーザと、１つまたは複数のビーム分割器と、偏光器と、ビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器とを含んでもよい。１つまたは複数のビーム分割器は、偏光ビーム分割器、無偏光ビーム分割器、または偏光と無偏光の両方のビーム分割器の組合せであってもよい。図２Ａに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、第１の偏光レーザ源２０１ａと、第２の偏光レーザ源２０１ｂと、第１のビーム分割器２０３と、パワー検出器２０５と、偏光器２０７と、第１のビーム合成器２０９と、第２のビーム分割器２１１と、偏光ビーム分割器２１３と、第１の光検出器２１５と、第２の光検出器２１７とを含む。
【0041】
構成２００Ａでは、第１の偏光レーザ源２０１ａは、第２の偏光レーザ源２０１ｂによって生成されるレーザ光２２５ｂの波長と比べて高い吸水率を有する波長を有するレーザ光２２５ａ（または光ビーム２２５ａ）を生成するように配置される。本明細書において使用されるとき、第１の偏光レーザ源２０１ａによって生成されるレーザ光２２５ａは、高い吸水率の光（ＨＩ）と称されることが可能であり、その一方で第２の偏光レーザ源２０１ｂによって生成されるレーザ光２２５ｂは、低い吸水率の光（ＬＯ）と称されることが可能である。用語「高い」および「低い」が使用されているが、これらは、互いに対して、または代替的には特定の波長の吸水を説明する閾値特徴と比べて解釈されるように意図されることを理解されたい。たとえば、高い吸水特徴は、５０％以上であることができ、その一方で低い吸水特徴は、５０％以下であることができる。
【0042】
さまざまな実施形態では、高い吸水率対低い吸水率の比は、約１：２であってもよい。たとえば、レーザ光２２５ａは、約１３１０ｎｍの波長を利用し、約０．１６５１の吸水率を有してもよく、その一方でレーザ光２２５ｂは、約１３４０ｎｍの波長を利用し、約０．３３３の吸水率を有してもよい。高い吸水率と低い吸水率との間の比が高いほど、システム・ノイズ（たとえば電気または光機械ノイズ）に対する感度は低くなり得るが、結果として得られるシステムは、３ｍｍを超える距離では効果的でなくなり得る。高い吸水率と低い吸水率との間の比が低いほど、システム・ノイズに対する感度は高くなり得るが、結果として得られるシステムは、５または６ｍｍの距離まで効果的であり続け得る。いくつかの例では、第１および第２の偏光レーザ源２０１ａおよび２０１ｂは、偏光保持（ＰＭ）ピグテール型ファイバ・レーザであってもよい。
【0043】
レーザ源２０１ａおよび２０１ｂは、第１のビーム分割器２０３に関連付けられ、これと光通信状態にある。異なって言えば、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂによって生成されたレーザ・ビーム２２５ａおよび２２５ｂはそれぞれ、第１のビーム分割器２０３に対する入力として提供され、この第１のビーム分割器２０３は、入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂが光ビーム２２７として単一の光路に沿って位置合わせするように、約５０：５０（たとえば４７：５３または４９：５１）の比で入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂを分割するように構成される。しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、９９：１から１：９９の間の任意の比が利用されてもよいことが理解されよう。同様に、４５度のＡＯＩが実施形態において説明され得るが、本開示の範囲から逸脱することなく、４３～４７度、４０度、または２０度などの１から８９の間の任意のＡＯＩが利用されてもよいことが理解されよう。
【0044】
パワー検出器２０５は、第１のビーム分割器２０３に関連付けられ、これと光通信状態にある。パワー検出器２０５は、光ビーム２２７内の光の各波長に対応する光信号（たとえばパワー検出器２０５までルーティングされる光ビーム２２５ａおよび２２５ｂの部分）内の光パワーを測定するように配置される。いくつかの実施形態では、用語「光パワー」は、単位時間あたりに特定のレーザ・ビームによって搬送されるエネルギーを指し得る。
【0045】
第１のビーム分割器２０３は、さらに、偏光器２０７に関連付けられ、これと光通信状態にある。第１のビーム分割器は、さらに、単一の光路に沿って位置合わせされる光ビーム２２７として示される光ビーム２２５ａおよび２２５ｂの一部分を、偏光器２０７に対する入力として提供するように配置される。いくつかの実施形態では、偏光器２０７の偏光は、事前構成されてもよい。偏光器２０７は、第１のビーム合成器２０９に関連付けられ、これと光通信状態にある。そのような方法として、偏光器２０７から出力として得られた、偏光された光２２９は、第１のビーム合成器２０９に対する入力として提供される。
【0046】
第１のビーム合成器２０９は、図２Ａに示されるように、偏光された光ビーム２２９を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせて、組み合わせられた光ビーム２３５にしてもよい。いくつかの他の実施形態では、照準ビーム２３１および治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂ以外の１つまたは複数のレーザ源（図示されず）によって生成されてもよい。一例として、治療ビーム２３３は、固体レーザ、またはホルミウム（ＨＯ）・レーザなどのファイバ・レーザによって生成されてもよい。しかし、これは、治療ビームがネオジム、エルビウム、ツリウムなどのＨＯレーザ以外のレーザによって生成されてもよいため、本開示の限定として考慮されてはならない。いくつかの他の実施形態では、照準ビーム２３１および治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂによって生成されてもよい。照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの偏光された光ビーム２２９とを備える、組み合わせられた光ビーム２３５は、５０：５０のＲ／Ｔ比および４５度のＡＯＩの構成を有する第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。すなわち、第１のビーム合成器２０９は、組み合わせられた光ビーム２３５が第２のビーム分割器２１１に対する入力として提供されるように、第２のビーム分割器２１１に関連付けられ、これと光通信状態にあることができる。
【0047】
第２のビーム分割器２１１は、照準ビーム２３１、治療ビーム２３３、およびレーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの偏光された光ビーム２２９が単一の光路に沿って位置合わせされるように、組み合わせられた光ビーム２３５を５０：５０の比で分割してもよい。第２のビーム分割器２１１は、第２のビーム分割器２１１の出力である光ビーム２３５の一部分が、図２Ａに示され、光ビーム２２１として示されるように、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３を通って伝送されるように、（たとえばポート２１９などを介して）光ファイバ１０３に光結合される。光ビーム２２１は、光ファイバ１０３の近位端部１１１に対して伝送され、次いで、光ファイバ１０３の長さを通して伝播して、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から標的１０１に対して送達される。一例として、標的１０１は、治療、アブレーション、破壊などが行われる対象である対象者体内の組織、石、腫瘍、嚢腫などであってもよい。
【0048】
光ビーム２２１が光ファイバ１０３を介して標的１０１に対して送達されたとき、標的１０１は、入射光ビーム２２１の一部を光ファイバ１０３から離れるように、その光の一部を光ファイバ１０３に向かって反射してもよく、光ファイバ１０３に向かって反射された光の部分は、光ファイバ１０３の遠位端部において光ファイバ１０３に再入してもよい。遠位端部において再入する反射光の部分は、反射光２２３ａとして示されてもよい。反射光２２３ａは、光ファイバ１０３内で光ファイバ１０３の遠位端部から近位端部に「逆行して」伝送されてもよい。反射光２２３ａが光ファイバ１０３の近位端部に到達したとき、反射光２２３ａは、第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。反射光２２３ａは、光ファイバ１０３の近位端部から、光ファイバ１０３の遠位端部から、ポート２１９からなどの数多くの反射を含んでもよく、これらの反射により、反射光２２３ａは、もはや偏光されていない。
【0049】
反射光２２３ａを偏光するために、反射光は、最初に、反射光２２３ａの光路を位置合わせするために第２のビーム分割器２１１にかけられてもよく、次いで、偏光ビーム分割器２１３にかけられてもよい。反射光２２３ａは、第２のビーム分割器２１１に対して４５度の角度で入射し、５０：５０の比（または本明細書によって概説されるような別の比）で分割される。第２のビーム分割器２１１の外に出現した反射光２２３ｂは、その後、図２Ａに示されるように偏光ビーム分割器２１３にかけられる。偏光ビーム分割器２１３は、反射光２２３ｂを反射されるＰ偏光ビームおよび伝送されるＳ偏光ビームに分割してもよい。いくつかの実施形態では、第１の光検出器２１５は、偏光ビーム分割器２１３によって反射された光２２３ｂのＰ偏光ビームを検出するように構成されてもよく、その一方で第２の光検出器２１７は、偏光ビーム分割器２１３によって伝送された光２２３ｂのＳ偏光ビームを検出するように構成されてもよい。第１の光検出器２１５および第２の光検出器２１７は、光２２３ｂの検出された光ビームの強度をそれぞれ測定し、処理ユニット１０４に対してその強度を伝送してもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、測定された強度に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定してもよい。測定された強度に基づいて光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定する方法は、図３Ａ～３Ｃに関して以下でより詳細に説明される。
【0050】
図２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｂを示す。構成２００Ｂは、２つの構造的態様において構成２００Ａとは異なる。構成２００Ａと比較したときに構成２００Ｂにおいて異なる構造的態様の１つは、第１のビーム分割器２０３の配置である。構成２００Ｂでは、第１のビーム分割器２０３は、第２のビーム合成器２３７に置き換えられる。第１のビーム分割器２０３は第２のビーム合成器２３７に置き換えられるため、構成２００Ａでは第１のビーム分割器２０３に関連付けられていたパワー検出器２０５は、構成２００Ｂでは第２のビーム分割器２１１に関連付けられるように配置される。実施形態は、この文脈において限定されない。
【0051】
構成２００Ｂでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の偏光レーザと、１つまたは複数のビーム分割器と、偏光器と、１つまたは複数のビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器とを含んでもよい。１つまたは複数のビーム分割器は、偏光ビーム分割器、無偏光ビーム分割器、または偏光と無偏光の両方のビーム分割器の組合せであってもよい。図２Ｂに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５、偏光レーザ源２０１ａ、偏光レーザ源２０１ｂ、パワー検出器２０５、偏光器２０７、第１のビーム合成器２０９、第２のビーム合成器２３７、第２のビーム分割器２１１、偏光ビーム分割器２１３、第１の光検出器２１５、および第２の光検出器２１７。この構成では、図２Ｂに示されるように、偏光レーザ源２０１ａは、高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有し、偏光レーザ源２０１ｂは、低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する。
【0052】
レーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの入射光ビームは、第２のビーム合成器２３７に対する入力として提供され、この第２のビーム合成器２３７は、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂによって生成された入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂを組み合わせて光ビーム２２７にするように構成される。さらに、第２のビーム合成器２３７の出力（たとえば光ビーム２２７）は、偏光された光ビーム２２９を出力として提供するために偏光器２０７に対する入力として提供されることが可能である。いくつかの実施形態では、偏光器２０７の偏光は、事前構成されてもよい。その後、偏光器２０７からの出力として得られた偏光された光２２９は、第１のビーム合成器２０９に対する入力として提供されてもよい。第１のビーム合成器２０９は、図２Ｂに示されるように、偏光された光ビーム２２９を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせて、組み合わせられた光ビーム２３５にしてもよい。
【0053】
照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの偏光された光ビーム２２９とを備える、組み合わせられた光ビーム２３５は、５０：５０のＲ／Ｔ比および４５度のＡＯＩ（または本明細書によって概説される任意の他のＲ／Ｔ比およびＡＯＩ）の構成を有する第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。第２のビーム分割器２１１は、照準ビーム２３１、治療ビーム２３３、ならびにレーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの偏光された光ビーム２２９が単一の光路に沿って位置合わせされ得るように、組み合わせられた光ビーム２３５を５０：５０の比で分割してもよい。
【0054】
第２のビーム分割器２１１に関連付けられたパワー検出器２０５は、各波長に対応する光信号（光ビーム２３５、光ビーム２２９など）内のパワーを測定してもよい。さまざまな実施形態では、パワー検出器２０５は、第２のビーム分割器２１１において受け取られた光信号の累積エネルギーを検出してもよい。いくつかの実施形態では、用語「光パワー」は、単位時間あたりの特定のレーザ・ビームによって搬送されるエネルギーを指し得る。第２のビーム分割器２１１の出力である光ビーム２２１は、次いで、図２Ａに関して上記で概説されたように、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送される。追加的に、反射光２２３ａが、図２Ａに関して上記で概説されたように受け取られ、処理される。
【0055】
図２Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｃを示す。本開示は、偏光および無偏光のレーザ源と共に作動することができる。したがって、構成２００Ｃでは、入射光ビーム（レーザ源光）を提供するために使用されるレーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’は、無偏光レーザ源である。一例として、レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’は、単一モード（ＳＭ）ファイバ・ピグテール型レーザであってもよい。レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’が無偏光レーザ源であるとき、上記で説明された構成２００Ａおよび２００Ｂに描かれるように、偏光器２０７、偏光ビーム分割器２１３、Ｐ偏光された光ビームを検出するための第１の光検出器２１５、およびＳ偏光された光ビームを検出するための第２の光検出器２１７は必要ではない。
【0056】
構成２００Ｃでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の無偏光レーザと、１つまたは複数のビーム分割器と、ビーム合成器と、光検出器とを含んでもよい。１つまたは複数のビーム分割器は、無偏光ビーム分割器であってもよい。図２Ｃに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、第１の無偏光レーザ源２０１ａ’と、第２の無偏光レーザ源２０１ｂ’と、第１のビーム分割器２０３と、パワー検出器２０５と、第１のビーム合成器２０９と、第２のビーム分割器２１１と、第３の光検出器２３９とを含む。
【0057】
前の構成のように、構成２００Ｃでは、無偏光レーザ源２０１ａ’は、高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有することができ、その一方で無偏光レーザ源２０１ｂ’は、低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有することができる。レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’からの入射光ビーム２２５ａ’および２２５ｂ’は、第１のビーム分割器２０３に対する入力として提供され、この第１のビーム分割器２０３は、入射光ビーム２２５ａ’および２２５ｂ’が光ビーム２２７’として単一の光路に沿って位置合わせするように、入射光ビームを５０：５０の比で分割するように構成される。
【0058】
第１のビーム分割器２０３に関連付けられたパワー検出器２０５は、各波長に対応する光信号（光ビーム２２７’）内のパワーを測定してもよい。構成２００Ｃは無偏光環境内で実装されるため、偏光器および偏光ビーム分割器などの偏光ベースの光構成要素は、この構成では必要とされない。したがって、光２２７’として単一の光路に沿って位置合わせされた入射光２２５ａ’および２２５ｂ’である第１のビーム分割器２０３の出力は、第１のビーム合成器２０９に対する入力として提供されてもよい。第１のビーム合成器２０９は、図２Ｃに示されるように、第１のビーム分割器２０３から生じる光ビーム２２７’を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせてもよい。
【0059】
いくつかの実施形態では、照準ビーム２３１および治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’以外の１つまたは複数のレーザ源によって生成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、照準ビーム２３１および治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’によって生成されてよい。照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’からの無偏光の光ビーム２０１ａ’および２０１ｂ’とを備える、組み合わせられた光ビーム２３５’は、５０：５０の比および４５度のＡＯＩ（または本明細書によって概説される任意の他のＲ／Ｔ比およびＡＯＩ）の構成を有する第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。第２のビーム分割器２１１は、照準ビーム２３１、治療ビーム２３３、および無偏光の光ビーム２２５ａ’および２２５ｂ’が単一の光路に沿って位置合わせされるように、組み合わせられた光ビーム２３５’を５０：５０の比で分割してもよい。第２のビーム分割器２１１の出力である光ビーム２２１は、次いで、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送され、その一方で反射光２３３ａは、図２Ｃに示され、上記で説明されたように、逆行して伝送される。
【0060】
構成２００Ｃは無偏光環境内で実装されるため、反射光２２３ａは、その光路を位置合わせするために第２のビーム分割器２１１にかけられるだけであり、構成２００Ａおよび２００Ｂに描かれたような偏光ビーム分割器は、必要とされない。反射光２２３ａは、第２のビーム分割器２１１に対して４５度の角度で入射し、５０：５０の比で分割される。第２のビーム分割器２１１の外に出現した反射光２２３ｂは、単一の検出器によって直接検出されてもよい。したがって、構成２００Ｃは、第３の光検出器２３９を提供する。
【0061】
第３の光検出器２３９は、反射光２２３ｂの検出された光ビームの強度をそれぞれ測定し、処理ユニット１０７に対してその強度を伝送してもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、測定された強度に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定してもよい。測定された強度に基づいて光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定する方法は、図３Ａ～３Ｃに関して以下でより詳細に説明される。
【0062】
図２Ｄは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｄを示す。構成２００Ｄは、第３の偏光レーザ源２０１ｃを備え、この第３の偏光レーザ源２０１ｃは、光ファイバの状態をリアルタイムで較正するために導入される。一例として、光ファイバ１０３の状態は、それだけに限定されないが、光ファイバ１０３の遠位もしくは近位端部のあらゆる変化もしくは劣化、偏光スクランブリングに対するファイバ屈曲効果、または光ファイバ１０３内で発生するあらゆる他の劣化および変化を含んでもよい。光ファイバ１０３、詳細には光ファイバ１０３の先端／端部（たとえば入力面および出力面）の状態の変化は、伝送される光ビームおよび反射される光ビームに有害な影響を与えて、多くの反射、エネルギーの損失および不正確な測定を引き起こし得る。これは、距離推定の正確性に影響を与え、それによって治療中の光ファイバ１０３の間違った位置決めを招く可能性がある。
【0063】
構成２００Ｄでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の偏光レーザと、１つまたは複数のビーム分割器と、偏光器と、ビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器とを含んでもよい。１つまたは複数のビーム分割器は、偏光ビーム分割器、無偏光ビーム分割器、または偏光と無偏光の両方のビーム分割器の組合せであってもよい。図２Ｄに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、偏光レーザ源２０１ａ、偏光レーザ源２０１ｂ、および偏光レーザ源２０１ｃと、第１のビーム分割器２０３と、パワー検出器２０５と、偏光器２０７と、第１のビーム合成器２０９と、第２のビーム分割器２１１と、偏光ビーム分割器２１３と、第１の光検出器２１５と、第２の光検出器２１７と、第３のビーム分割器２４１とを含む。構成２００Ｄでは、図２Ｄに示されるように、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂは、第１のビーム分割器２０３に対する入力として提供され、この第１のビーム分割器２０３は、入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂが光ビーム２２７を形成する単一の光路に沿って位置合わせするように、入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂを５０：５０の比で分割するように構成される。さらに、単一の光路（たとえば光ビーム２２７）に沿って位置合わせされる入射光ビーム２２５ａおよび２２５ｂである第１のビーム分割器２０３の出力は、第３のビーム分割器２４１に対する入力として提供されることが可能であり、この第３のビーム分割器２４１もまた、入射光ビームを５０：５０の比で分割するように構成されて、光２２５ａと、２２５ｂと、２２５ｃとを備える光ビーム２４３を形成する。
【0064】
第３のビーム分割器２４１において、偏光レーザ源２０１ｃからの入射光ビーム２２５ｃ（たとえば、較正のための光）が、第１のビーム分割器２０３の出力（たとえば光ビーム２２７）と共に入力として提供される。第３のビーム分割器２４１に関連付けられたパワー検出器２０５は、第３のビーム分割器２４１に到着した各波長に対応する光信号（たとえば光ビーム２４３）内のパワーを測定してもよい。第１のビーム分割器２０３の出力と共に、第３のビーム分割器２４１は、偏光レーザ源２０１ｃから入射光ビームを受け取る。
【0065】
いくつかの実施形態では、偏光レーザ源２０１ｃは、レーザ源２０１ａおよび２０１ｂによって放射された光の波長と比べて非常に高い吸水率を有する（たとえば、水によって実質的に、完全に、またはほぼ完全に吸収される）波長を有する。一例として、偏光レーザ源２０１ｃの波長は、約１４３５ｎｍであってもよく、約３１．５５（または「高い」吸水源の約１００倍）の吸水率を有してもよい。１４３５ｎｍの波長で０．５ｍｍの距離では、光の約９８～９９％が吸収される。いくつかの実施形態では、較正光源は、約１４２０から約１４４０の波長を有してもよい（その結果、吸水率は約３０となる）。非常に高い吸水率を有する、代替のまたは追加的な波長が、利用されてもよい（たとえば１８７０～２０７０ｎｍ）。しかし、波長がＨＩおよびＬＯの波長（たとえば、それぞれ１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍ）から離れるほど、より複雑な光設計を招き得る。たとえば、検出器は、約１１００～１６００ｎｍの範囲を対象とすることがあり、非常に高い吸水率のレーザが２０００ｎｍの波長を有する場合、独自のまたは追加的な検出器が必要とされる。いくつかの実施形態では、較正レーザは、約１４３５ｎｍの波長、約２１００ｎｍの波長、または約１８７０ｎｍから約２０５０ｎｍの間の波長を有してもよい。
【0066】
偏光レーザ源２０１ｃの（たとえばパワー検出器２０５によって測定されるような）読取値に基づいて、処理ユニット１０７は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３にあるファイバ先端の「品質」の光のベースライン特徴を規定してもよい。より詳細には、レーザ源２０１ｃは水中に多く吸収されるので、レーザ源２０１ｃからの光は、標的組織に到達しにくくなり、その結果、レーザ源２０１ｃからの光が反射光２２３ａの一部として光ファイバ１０３内に反射されることはほとんどない。したがって、レーザ源２０１ｃに関連付けられた光の波長を有する光反射２２３Ｃの成分は、主に、光ファイバ１０３の遠位端部１１３の光特徴に起因する。光ファイバ１０３の遠位端部１１３がレーザ治療中、たとえば熱およびキャビテーションによって劣化を受けることを理解されたい。多くの実施形態では、戻り（ｂａｃｋ）反射光２２３ｃの強度読取値の増大は、光ファイバ先端の劣化を表示し得る。一部の実施形態では、特有のファイバのベースライン読取値からの強度変化の特定の閾値（たとえば、１０％から５０％、２５％以上、５０％以上、７５％以上、９０％以上、１０％から１００％の間など）において、処理ユニット１０７は、光ファイバ１０３がチェックされるか、または置き換えられなければならないことを、ユーザ・インターフェースおよび／または可聴アラームを通して表示してもよい。加えて、光ファイバ先端の劣化は、ファイバの遠位端部から、偏光レーザ源２０１ａおよび２０１ｂからの光のより多くの内部反射を引き起こし得る。レーザ源が偏光のものであるか否かは、光がファイバ内でランダムに偏光解消されるため、内部反射にはほとんど影響を与えない場合がある。しかし、非常に高い吸水率のレーザ（たとえば１４３５ｎｍレーザ）によるファイバ遠位端部からの反射を監視することは、（１４３５の初期反射対リアルタイム反射の割合の）遠位端部反射における変化を決定するために利用されることが可能である。さらに、遠位端部反射における変化は、初期反射を更新するために、ＬＯレーザ（たとえば１３１０ｎｍレーザ）およびＨＩレーザ（たとえば１３４０ｎｍレーザ）についての遠位端部からの初期反射に適用されてもよい。
【0067】
さらに、ファイバ先端の劣化は、戻り反射光２２３ａまたは２２３ｃ内で偏光ＰとＳとの間の比を変化させ得る。したがって、現在使用している特有の光ファイバ１０３のベースライン読取値を作りだし、これらのベースラインをその場で監視することにより、ファイバの先端が劣化しているとき、およびその間であっても、また、光ファイバ１０３が置き換えられなければならないことを表示する閾値レベルに劣化が到達するまで、より正確な距離推定が可能になり得る。さらに、単一の光路に沿って位置合わせされた入射光ビーム２２５ａ、２２５ｂ、および２２５ｃを含む第３のビーム分割器２４１の出力、または光ビーム２４３は、単一の偏光された光ビーム２４５を出力として得るために、偏光器２０７に対する入力として提供されてもよい。いくつかの実施形態では、偏光器２０７の偏光は、事前構成されてもよい。
【0068】
偏光器２０７からの出力として得られた偏光された光２４５は、第１のビーム合成器２０９に対する入力として提供されることが可能である。第１のビーム合成器２０９は、図２Ｄに示されるように組み合わせられた光ビーム２３５を形成するために、偏光された光ビーム２４５を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせてもよい。上記で詳述されたように、照準ビーム２３１および／もしくは治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ、２０１ｂ、もしくは２０１ｃ以外の１つまたは複数のレーザ源によって生成されてもよく、または照準ビーム２３１および／もしくは治療ビーム２３３は、レーザ源Ｌ１およびＬ２によって生成されてもよい。
【0069】
照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、偏光された光ビーム２４５とを備える組み合わせられた光ビーム２３５は、５０：５０の比および４５度のＡＯＩの構成を有する第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。第２のビーム分割器２１１は、照準ビーム２３１、治療ビーム２３３、および偏光された光ビーム２４５が単一の光路に沿って位置合わせされるように、組み合わせられた光ビーム２３５を５０：５０の比で分割してもよい。第２のビーム分割器２１１の出力である光ビーム２２１は、次いで、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送される。
【0070】
図２Ｅは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｅを示す。構成２００Ｅは、構成２００Ｃのように無偏光環境内で実装される。さらに、構成２００Ｅは、前の構成（たとえば構成２００Ｄ）に見られる２つの入力ビーム分割器が、波長分割多重装置（ＷＤＭ）と置き換えられる「セミファイバ・ベースの設計」である。ＷＤＭのパワー損失は約２０％であり得、その一方でビーム分割器のパワー損失は約５０％であり得るため、ＷＤＭの使用によりＬＥＴＤシステム１０５の効率性が改善される。追加的に、ＷＤＭは、完全に、またはほぼ完全に、３つのレーザ源の各々を光路に位置合わせし得る。しかし、ビーム分割器およびビーム合成器は、３つのレーザ源の各々を単一ビームに位置合わせすることにおいて正確性がかなり劣る。
【0071】
構成２００Ｅは、第１の無偏光レーザ２０１ａ’および第２の無偏光レーザ２０１ｂ’と共に第３の無偏光レーザ２０１ｃ’を利用する。第３の無偏光レーザ２０１ｃ’は、上記で説明されたようにリアルタイムで光ファイバの状態を較正するために導入される。本開示の範囲から逸脱することなく、較正レーザが、偏光または無偏光のものであってもよいことが理解されよう。構成２００Ｅでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の無偏光レーザと、１つまたは複数のビーム分割器と、ビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器と、ＷＤＭと、コリメータとを含んでもよい。図２Ｅに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、無偏光レーザ源２０１ａ’と、無偏光レーザ源２０１ｂ’と、無偏光レーザ源２０１ｃ’と、パワー検出器２０５と、第１のビーム合成器２０９と、第２のビーム分割器２１１と、第３の光検出器２３９と、ＷＤＭ２４７と、第４のビーム分割器２４９と、コリメータ２５１とを含む。構成２００Ｅでは、無偏光レーザ源２０１ａ’は、高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有する光を放射することができ、その一方で無偏光レーザ源２０１ｂ’は、低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する光を放射することができる。さらに、無偏光レーザ源２０１ｃ’は、レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’によって放射される光の波長と比べて非常に高い吸水率を有する（たとえば、水によって完全にまたはほぼ完全に吸収される）波長を有する光を放射することができる。一例として、無偏光レーザ源（Ｌ３’）の波長は、１４３５ｎｍであってもよい。
【0072】
上記で言及されたように、構成２００Ｅでは、図２Ｄに示される第１のビーム分割器２０３および第３のビーム分割器２４１は、ＷＤＭ２４７によって置き換えられる。いくつかの実施形態では、リアルタイム較正器として無偏光レーザ源２０１ｃ’を正しく使用することを保証するために、無偏光レーザ２０１ａ’、２０１ｂ’、および２０１ｃ’の各々から生じる入射光ビームは、同じ地点および同じ角度で光ファイバ１０３の近位端部において入るように配置されることが可能である。多くの実施形態では、無偏光レーザ２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’の各々からの入射光ビームを同じ地点および同じ角度で入るように合成器／分割器で位置合わせすることは難しく、または不可能であり得る。同じ地点および同じ角度のこの条件の固守を保証するために、構成２００Ｅは、ＷＤＭ２４７を利用する。ＷＤＭ２４７は、無偏光レーザ２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’の各々から生じるすべての入射光ビームが、同じ地点および同じ角度で光ファイバ１０３の近位端部において入ることを保証するように構成されることが可能である。さらに、さまざまな実施形態では、ＷＤＭ２４７の使用は、５０％～７５％のパワー損失を引き起こすいくつかのビーム分割器と比較されるなどの場合、パワー損失を減少させ得る。
【0073】
２０１ａ’、２０１ｂ’、２０１ｃ’からの入射光ビームおよび照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２４７に対する入力として提供され、このＷＤＭ２４７は、光ビームが同じように移動するように入射光ビームを組み合わせるように構成される。さらに、ＷＤＭ２４７の出力は、ファイバベースのビーム分割器（たとえば第４のビーム分割器２４９）に対する入力として提供されてもよく、このビーム分割器は、図２Ｅに示されるように、高い伝送対反射比（たとえば９５：５または９９：１）で入射光ビームを分割するように配置されることが可能である。いくつかの実施形態では、第４のビーム分割器２４９は、ファイバベースのビーム分割器である。第４のビーム分割器２４９に関連付けられたパワー検出器２０５は、各波長に対応する光信号（たとえば光ビーム２５３’）内のパワーを測定してもよい。さらに、単一の光路に沿って位置合わせされた入射光である第４のビーム分割器２３３の出力（たとえば光ビーム２５３’）は、光ビーム２５３’を平行ビームに絞り込むためにコリメータ２５１に対する入力として提供されてもよい。
【0074】
その後、コリメータ２５１の出力（たとえば光ビーム２５５’）は、第１のビーム合成器２０９に対して提供されることが可能であり、この第１のビーム合成器２０９は、図２Ｅに示されるように、コリメータ２５１から外に出た光ビーム２５５’を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせる。一部の実施形態では、照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２５１において導入されてもよい。多くの実施形態では、照準ビーム２３１は、第１のビーム合成器２０９において導入されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２５１と第１のビーム合成器２０９の両方において導入されることが可能である。いくつかの実施形態では、照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’以外の１つまたは複数のレーザ源によって生成されてもよく、あるいは照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’によって生成されてもよい。
【0075】
照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、光ビーム２５５’（たとえば、第１のビーム合成器２０９から受け取られた、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’からの光）とを備える、組み合わせられた光ビーム２３５’は、Ｒ／Ｔ比５０：５０および４５度ＡＯＩの構成を有する第２のビーム分割器２１１にかけられてもよい。第２のビーム分割器２１１は、照準ビーム２３１、治療ビーム２３３、ならびにレーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’、および２０１ｃ’からの無偏光の光ビーム２５５’が単一の光路に沿って位置合わせされ得るように、組み合わせられた光ビーム２３５’を５０：５０の比で分割してもよい。第２のビーム分割器２１１の出力である光ビーム２２１は、次いで、図示され、上記でより完全に説明されたように、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送される。
【0076】
図２Ｆは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｆを示す。構成２００Ｆは、構成２００Ｃおよび２００Ｅと同様に、無偏光検出器と共に実装される。しかし、レーザ源は、無偏光または偏光のものであることができる。この例示的な構成では、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の無偏光レーザ（または偏光レーザ）と、１つまたは複数のビーム分割器と、ビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器と、ＷＤＭと、サーキュレータと、コリメータとを含んでもよい。図２Ｆに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、無偏光レーザ源２０１ａ’と、無偏光レーザ源２０１ｂ’と、無偏光レーザ源２０１ｃ’と、パワー検出器２０５と、第１のビーム合成器２０９と、第３の光検出器２３９と、ＷＤＭ２４７と、第４のビーム分割器２４９と、コリメータ２２５１と、サーキュレータ２５７とを含む。構成２００Ｆでは、無偏光レーザ源２０１ａ’は、高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有する光を放射することができ、その一方で偏光レーザ源２０１ｂ’は、低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する光を放射することができる。さらに、無偏光レーザ源２０１ｃ’は、水中に実質的に吸収される非常に高い吸水率を有する波長を有することができる。
【0077】
上記で言及されたように、構成２００Ｆでは、図２Ｄに示されるような第１のビーム分割器２０３および第３のビーム分割器２４１は、図２Ｆに示されるようにＷＤＭ２４７によって置き換えられる。さらに、例示的な構成２００Ｆでは、すべての前述の例示的な構成において光ビームをポート２１９に対して送達するように配置されていた第２のビーム分割器２１１も排除される。ビーム分割器は、出力パワーを最大５０％（またはそれ以上）低減し、戻された信号を受け取ったときに出力パワーのさらに５０％（またはそれ以上）を低減する。したがって、構成２００Ｆにおけるビーム分割器の除去は、信号および出力パワーを大きく増大させる。
【0078】
レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’からの入射光ビーム２２５ａ’、２２５ｂ’および２２５ｃ’、ならびに照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２４７に対する入力として提供され、このＷＤＭ２４７は、光ビームが同じように移動するように入射光ビームを組み合わせるように構成される。さらに、ＷＤＭ２３１の出力は、図２Ｆに示されるように９５：５の比で入射光ビームを分割する第４のビーム分割器２４９に対する入力として提供されてもよい。先に言及されたように、本開示の範囲から逸脱することなく、９９：１などの他の比が利用されてもよい。いくつかの実施形態では、第４のビーム分割器２３３は、ファイバベースのビーム分割器であり、それによって構成２００Ｆ全体をファイバベース設計にする。第４のビーム分割器２４９に関連付けられたパワー検出器２０５は、各波長に対応する光信号（たとえば光ビーム２５３’）内のパワーを測定してもよい。さらに、単一の光路に沿って位置合わせされた入射光である、第４のビーム分割器２４９の出力（たとえば光ビーム２５３’）は、サーキュレータ２５７に対する入力として提供されてもよい。サーキュレータ２５７は、すべての光ビームが１つの方向に進行することを保証するように構成される。追加的に、サーキュレータ２５７は、光ビーム２５３’をコリメータ２５１に、光ビーム２５３’が入ったポート以外のポートから提供する。コリメータ２５１は、光ビームを平行ビーム２５５’になるように絞り込んでもよい。サーキュレータ２５７は、ビーム分割器と比較して、（１）より低いパワー損失（ビーム分割器の損失は各方向に約５０％である）と、（２）より柔軟な光設計（自由空間光学装置は直線を必要とするが、ファイバベースの設計は所望に応じて折り曲げられ得る）とを提供し得る。
【0079】
コリメータ２５１の出力（たとえば平行な光ビーム２５５’）は、第１のビーム合成器２０９に対して提供されてもよく、この第１のビーム合成器２０９は、図２Ｆに示されるように、コリメータ２５１から出た光ビーム２５５’を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせて、組み合わせられた光ビーム２２１にする。いくつかの実施形態では、照準ビーム２３１は、開始時に（たとえばＷＤＭ２４７に）導入されることが可能であり、第１のビーム合成器２０９において導入されることが可能であり、またはＷＤＭ２４７と第１のビーム合成器２０９の両方において導入されることが可能である。いくつかの実施形態では、照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’以外の１つまたは複数のレーザ源によって生成されることが可能であり、あるいは照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’または２０１ｃ’によって生成されることが可能である。第１のビーム合成器２０９から受け取られた、照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、光ビーム２５５’（たとえば、レーザ源２９０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’からの光ビーム２２５ａ’、２２５ｂ’および２２５ｃ’）とを備える組み合わせられた光ビーム２２１は、図２Ｆに示されるように、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送されてもよい。組み合わせられた光ビーム２２１は、光ファイバ１０３の近位端部１１１に対して伝送され、次いで、光ファイバ１０３の長さを通して伝播し、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から標的１０１に対して送達される。
【0080】
上記で概説されたように、光ビーム２２１が光ファイバ１０３の遠位端部１１３を介して標的１０１に対して送達されたとき、標的１０１は、光の一部を光ファイバ１０３から離れるように、そして光の一部を光ファイバ１０３に向かって反射してもよく、光ファイバ１０３に向かって反射された光の部分は、遠位端部１１３において光ファイバ１０３に再入してもよい。上記で概説されたように、遠位端部１１３において再入した反射光の部分は、反射光２２３ａと称される。反射光２２３ａは、光ファイバ１０３を通って遠位端部１１３から近位端部１１１に「逆行して」伝送されてもよい。反射光２２３ａが光ファイバ１０３の近位端部１１１に到達したとき、反射光２２３ａは、第１のビーム合成器２０９およびコリメータ２５１を通過してサーキュレータ２５１にかけられてもよく、ここで、この光は、第３の光検出器２３９までルーティングされ、上記で説明されたように測定される。図２Ｇは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定するための例示的な構成２００Ｇを示す。構成２００Ｇは、前の構成のいくつかと同様に、無偏光環境内で実装されてもよい。一部の実施形態では、構成２００Ｇは、単一ビーム分割器ベースの光設計を含んでもよい。構成２００Ｇでは、ＷＤＭ２４７は、複数のビーム分割器（たとえば構成２００Ａ～２００Ｄに利用されるものなど）の機能または動作に置き換わることができる。ＷＤＭ２４７は、無偏光レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’から入力ビーム２２５ａ’、２２５ｂ’および２２５ｃ’を受け取ることができる。
【0081】
構成２００Ｇでは、ＬＥＴＤシステム１０５は、１つまたは複数の無偏光レーザ（または偏光レーザ）と、ビーム分割器と、ビーム合成器と、１つまたは複数の光検出器と、ＷＤＭと、コリメータとを含んでもよい。図２Ｇに示されるように、ＬＥＴＤシステム１０５は、第１の無偏光レーザ源２０１ａ’と、第２の無偏光レーザ源２０１ｂ’と、第３の無偏光レーザ源２０１ｃ’と、パワー検出器２０５と、第１のビーム合成器２０９と、第５のビーム分割器２５９と、第３の光検出器２３９と、ＷＤＭ２４８とを含む。構成２００Ｇでは、前の構成と同様に、無偏光レーザ・ビーム２２５ａ’は、低い吸水率（ＬＯ）を有する波長をそれ自体が有することができる無偏光レーザ・ビーム２２５ｂ’と比べて高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有することができる。さらに、無偏光レーザ・ビーム２２５ｃ’は、上記で詳細に説明されたように非常に高い吸水率を有する波長を有することができる。
【0082】
上記で説明されたように、処理ユニット１０７は、無偏光レーザ源２０１ｃ’によって生成された光の反射に関連付けられた読取値に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部１１３（たとえば出力面など）の品質の光のベースライン特徴を規定することができる。より詳細には、レーザ源２０１ｃ’からの光は水中に多く吸収されるので、少量の光のみが、反射光２２３ａの一部として光ファイバ１０３内へと反射される。したがって、反射光２２３ｃに関連付けられた読取値は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３の光特徴に主に起因し、この遠位端部１１３は、説明されたように、レーザ治療中、たとえば熱およびキャビテーションによって劣化を受ける。したがって、戻り反射光２２３ｃの強度読取値の増大は、光ファイバ先端の劣化を表示し得る。
【0083】
一部の実施形態では、特有の光ファイバ１０３のベースライン読取値からの強度変化の特定の閾値（たとえば、１０％から５０％、２５％以上、５０％以上、７５％以上、９０％以上、１０％から１００％の間など）において、処理ユニット１０７は、光ファイバ１０３がチェックされるか、または置き換えられなければならないことを、ユーザ・インターフェースおよび／または可聴アラームなどを通して表示してもよい。加えて、光ファイバ先端の劣化は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から、無偏光レーザ源２０１ａ’および２０１ｂ’に関連付けられた光のより多くの内部反射を引き起こし得る。さらに、ファイバ先端の劣化は、戻り反射光２２３ａまたは２２３ｃ内の偏光ＰとＳとの間の比を変化させ得る。したがって、現在使用している特有の光ファイバについてベースライン読取値を作りだし、これらのベースラインをその場で監視することにより、光ファイバの先端が劣化しているとき、およびその間であっても、また、光ファイバが置き換えられなければならない点に到達するまで、より正確な距離推定が可能になり得る。したがって、セラピーまたは治療に関連付けられたパラメータのより優れた動的制御を提供することが可能である。
【0084】
構成２００Ｇは、いくつかの前の構成と同様に、無偏光レーザ２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’の各々から生じるすべての入射光ビームが同じ地点および同じ角度で光ファイバ１０３の近位端部１１１において入ることを保証するために、ＷＤＭ２４７を利用する。さらに、さまざまな実施形態では、ＷＤＭ２４７の使用は、ビーム分割器を利用するいくつかの構成と比較されるなどの場合、パワー損失を減少させ得る。
【0085】
レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’からの入射光ビーム２２５ａ’、２２５ｂ’および２２５ｃ’ならびに照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２４７に対する入力として提供されることが可能であり、このＷＤＭ２４７は、光ビームが同じように移動するように入射光ビームを組み合わせるように構成されることが可能である。さらに、ＷＤＭ２４７の出力は、第５のビーム分割器２５９に対する入力として提供されてもよく、この第５のビーム分割器２５９は、図２Ｇに示されるように、入射光ビームを５０：５０の比で分割することができる。いくつかの実施形態では、第５のビーム分割器２５９は、自由空間（たとえばガラス）ベースのビーム分割器であってもよい。いくつかの他の実施形態では、第５のビーム分割器２５９は、ファイバベースのビーム分割器であってもよい。多くの実施形態では、第５のビーム分割器２５９に関連付けられたパワー検出器２０５は、各波長に対応する光信号（たとえば光ビーム２５３’）内のパワーを測定してもよい。
【0086】
単一の光路に沿って位置合わせされた入射光である、第５のビーム分割器２５９の出力は、第１のビーム合成器２０９に対する入力として提供されてもよい。第１のビーム合成器２０９は、図２Ｇに示されるように、第５のビーム分割器２５９から外に出た光ビーム２５３’を照準ビーム２３１および治療ビーム２３３と組み合わせてもよい。さまざまな実施形態では、照準ビーム２３１は、ＷＤＭ２４７内に導入されてもよく、第１のビーム合成器２０９において導入されてもよく、またはＷＤＭ２４７と第１のビーム合成器２０９の両方において導入されてもよい。一部の実施形態では、照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’以外の１つまたは複数のレーザ源によって生成されてもよく、あるいは照準ビーム２３１および／または治療ビーム２３３は、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’によって生成されることが可能である。第１のビーム合成器２０９から受け取られた、照準ビーム２３１と、治療ビーム２３３と、レーザ源２０１ａ’、２０１ｂ’および２０１ｃ’からの光ビーム２５３’とを備える組み合わせられた光ビーム２２１は、（たとえばポート２１９を介して）光ファイバ１０３に対して伝送されることが可能である。
【0087】
この図から分かるように、構成２００Ｇは、第２のビーム分割器（たとえば、第２のビーム分割器２１１）の使用を排除し、その代わりに、入射光を単一の光路に沿って位置合わせするために入射光ビームを分割するように最初に構成された第５のビーム分割器２５９が、反射光２３３ａの光路を位置合わせするために利用される。さらに、構成２００Ｇは、単一のビーム分割器を利用するため、これは、治療ファイバの移動およびファイバ屈曲半径に対する感度はかなり低く、その結果よりロバストな構成が得られ得る。さらに、構成２００Ｇは、ビーム分割器、ビーム合成器、検出器などの光構成要素がより少ないため、構成２００Ｇは、他の構成よりコンパクトであり、簡単であり、安価であり得る。
【0088】
いくつかの実施形態では、本明細書において説明される例示的な構成の各々において、光ファイバ１０３の近位端部には、反射防止（ＡＲ）コーティングなどの特別なコーティングがコーティングされてもよい。ＡＲコーティングは、光ファイバ１０３の近位端部１１１において作りだされるノイズの低減に役立ち、動的範囲を増大させることができる。いくつかの実施形態では、光検出器に入った光信号（たとえば反射光ビーム２２３）は、（ａ）ポート・レンズからの反射、（ｂ）ブラスト・シールドからの反射、（ｃ）光ファイバの近位端部１１１からの反射、および／または（ｄ）光ファイバの遠位端部１１３からの反射の１つまたは複数を含み得る。
【0089】
さまざまな実施形態では、ブラスト・シールドのＡＲコーティングは、ポート・レンズからの反射を１％未満に低減してもよく、ポート・レンズのＡＲコーティングは、ブラスト・シールドからの反射を１％未満に低減してもよく、光ファイバ１０３の近位端部１１１におけるＡＲコーティングは、光ファイバ１０３の近位端部１１１からの反射を３．５％から約０．５％に低減してもよい。いくつかの実施形態では、石などの標的１０１からの反射信号は、非常に低エネルギーのものであり、たとえば、光ファイバ先端から組織までの距離が約０ｍｍである場合ファイバ出力パワーの１％近くのものであり得る。光ファイバ１０３の近位端部１１１からの反射を０．５％近くまで低減することにより、本開示は、標的１０１から反射された信号の動的範囲を改善するのに役立ち得る。
【0090】
前述の例示的な構成のいくつかの実施形態では、光ファイバの近位端部１１１は、図２Ｈに示されるように８度の角度で研磨または切断され得る超小型バージョンＡ（ＳＭＡ）コネクタを含むことができる。この図に示されるように８度の角度で傾斜して切断することにより、光ファイバ１０３の近位端部１１１からの反射光ビーム（近位端部１１１から引き起こされる望ましくない反射）の発散が達成され、これは、さらに、かなりのノイズを低減させ、動的範囲を増大させ得る。いくつかの実施形態では、光検出器に入った光信号（たとえば反射光ビーム２２３）は、（ａ）ポート・レンズからの反射、（ｂ）ブラスト・シールドからの反射、（ｃ）光ファイバの近位端部１１１からの反射、および／または（ｄ）光ファイバの遠位端部１１３からの反射の１つまたは複数を含んでもよい。
【0091】
上記で説明されたように、光ファイバ１０３の近位端部におけるＡＲコーティングは、光ファイバ１０３の近位端部からの反射を３．５％から約０．５％に低減し得る。しかし、光ファイバ１０３の角度付けされたより鋭い近位端部は、望ましくない反射を低減するのに役立ち、標的１０１から反射された信号の動的範囲を改善する。いくつかの他の実施形態では、ＳＭＡコネクタは、図２Ｉに示されるように、８度の代わりに４度の角度で研磨または切断されることが可能である。さまざまな実施形態では、８度（またはより大きい）角度などの代わりに４度の角度で傾斜して切断することにより、信号のロバスト性が改善されてもよい。いくつかの実施形態では、ＳＭＡコネクタの切断角度が小さいほど、光ファイバ１０３の信号のロバスト性が大きくなり得る。さまざまな実施形態では、約２度から約８度までの角度が利用されてもよい。一般に、角度が小さいほど、光学系内に実装するのはより困難になる。換言すれば、これを主要信号から取り去ることはより困難である。しかし、角度が大きくなると（たとえば＋１０度）、光はファイバに入らない。
【0092】
図３Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法３００を示すフロー図を示す。方法３００は、上記で説明されたアーキテクチャ１００およびＬＥＴＤ１０５のさまざまな構成を参照しながら説明される。しかし、方法３００は、本明細書で説明されるものとは異なるＬＥＴＤを使用して実施され得ることを理解されたい。実施形態は、この文脈に限定されない。
【0093】
ブロック３０１において、方法３００は、複数の異なる波長のレーザ光で標的を照明する工程を含む。たとえば、ＬＥＴＤ１０５は、光ファイバ１０３を介して複数の異なる波長のレーザ光で標的１０１を照明するために、複数のレーザ光源（たとえば２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’）を利用してもよい。いくつかの実施形態では、複数の異なる波長のレーザ光は、本開示の上記で論じられた構成２００Ａ～２００Ｇの１つを使用して、標的１０１を照明するために光ファイバ１０３に対して提供されてもよい。さまざまな実施形態では、本開示は、２つの異なる波長を有する光（たとえば光２２５ａおよび２２５ｂまたは光２２５ａ’および２２５ｂ’）を使用してもよく、各波長は、異なるタイプの標的１０１、標的の組成、標的の色、標的の表面などに対するロバスト性を保証するために、異なる吸水率を有する。
【0094】
いくつかの実施形態では、２つの波長は、一方が低い吸水率（ＬＯ）を有する波長であり、もう一方が高い吸水率（ＨＩ）を有する波長であるように選択されてもよい。一例として、２つの波長は、１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍであってもよい。しかし、この例は、異なる吸水率を有する異なる波長が使用されることが可能であるため、限定として捉えられてはならない。たとえば、１２６０～１３２０ｎｍがＬＯに利用されてもよく、１３３０～１３８０ｎｍがＨＩに利用されてもよい。より全般的には、２：１（またはそれ以上の）比を有する波長吸水率の対の任意の組合せが利用されてもよい。いくつかの実施形態では、それぞれ、１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍのレーザ、１２６０ｎｍおよび１３４０ｎｍのレーザ、１２６０ｎｍおよび１３１０ｎｍ、ならびに１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍのレーザの対の１つまたは複数が、ＬＯおよびＨＩレーザに利用されてもよい。上記で概説されたように、いくつかの実施形態では、２つのレーザ源（たとえば２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’）が、２つの異なる波長の光を放射するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態では、レーザ光源は、偏光レーザ源、無偏光レーザ源、または偏光レーザ源および無偏光レーザ源の組合せであることができる。一例として、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を測定するために、限定的ではないが、低パワー赤外線（ＩＲ）レーザが、光ファイバ１０３を介して標的１０１を照明するために使用されてもよい。他の実施形態では、ＩＲレーザ以外のレーザが利用されてもよい。しかし、ＩＲレーザは、ユーザを妨害し得る可視光を含まないため、利用されてもよい。
【0095】
ブロック３０３において、方法３００は、光ファイバを介して標的から反射光ビームを受け取る工程を含む。たとえば、ＬＥＴＤシステム１０５は、光ファイバ１０３を介して標的１０１から反射光ビーム２２３を受け取ってもよい。いくつかの実施形態では、反射光ビーム２２３は、光ファイバ１０３の近位端部１１１から、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から、ポート２１９から、ブラスト・シールド（図示されず）からなどの反射の混合物を含んでもよい。さまざまな実施形態では、ＬＥＴＤシステム１０５は、強度を測定するのに適する反射光ビームを特定するように構成されてもよい。
【0096】
ブロック３０５において、方法は、１つまたは複数の光検出器を使用して反射光ビームを検出することによって、反射光ビームの強度を測定する工程と、１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビームの強度の表示（たとえば電気信号など）を処理ユニットに対して伝送する工程とを含む。たとえば、ＬＥＴＤシステム１０５は、反射光ビーム２２３（本明細書では戻された信号とも称される）の強度を、戻された信号２２３をＬＥＴＤシステム１０５内に設けられた１つまたは複数の光検出器を使用して検出することによって測定してもよい。いくつかの実施形態では、２つの異なる波長が標的１０１を照明するために使用されるため、測定された強度は、２つの異なる波長に対するものである。したがって、レーザ源（たとえばレーザ源２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’など）の２つの異なる波長に対応する２つの測定された強度は、ＬＥＴＤシステム１０５に関連付けられた処理ユニット１０７に対して伝送されてもよい。さまざまな実施形態では、３つ以上の異なる波長が、利用、測定、および／または伝送されてもよい。
【0097】
ブロック３０７において、方法は、１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビーム２２３の強度の表示を処理ユニットによって受け取る工程を含む。たとえば、処理ユニット１０７は、ＬＥＴＤシステム１０５からの戻された信号２２３の測定された強度の表示を備える電気信号を受け取ってもよい。
【0098】
ブロック３０９において、方法は、１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビームの強度に基づいて、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を処理ユニットによって推定する工程を含む。たとえば、処理ユニット１０７は、戻された信号の測定された強度に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を推定してもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、測定された強度を以下で示されるような式１に代入してもよい：
【0099】
【数1】
【0100】
上記の式１では、「Ｒ」は、標的の組成、標的の色／色素、標的の角度、標的の表面などによって影響される標的反射係数を指し、「λ」は、特有の波長の吸水率を指し、「Ｘ」は、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の距離を指す。
【0101】
上記の式１では、「Ｘ」および「Ｒ」は、処理ユニット１０７によって決定される必要がある未知のパラメータである。したがって、「Ｘ」および「Ｒ」の値を決定するために、処理ユニット１０７は、２つの測定された強度値を上記の式１に代入し、それによって測定された強度の代入された値および対応する波長の吸水率を有する２つの式を得てもよい。たとえば、代入された値を有する２つの式は、以下に示される通りであってもよい。
【0102】
【数2】
【0103】
処理ユニット１０７は、以下に２つのステップで示されるように、上記の代入された式１．１および１．２をさらに簡易化してもよい。
ステップ１：２つの異なる波長の戻された信号について得られた、測定された強度値の比を計算する。
ステップ１：２つの異なる波長の戻された信号について得られた、測定された強度値の比を計算する。
【0104】
【数3】
【0105】
ステップ２：以下に示されるように自然対数を使用して距離値を決定する。
【0106】
【数4】
【0107】
したがって、処理ユニット１０７は、上記で示されたような式１．１および１．２を簡易化することによって、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離（Ｘ）を推定してもよい。上記の式２．２では、「ｌｎ」は自然対数を指す。いくつかの実施形態では、距離（Ｘ）は、ミリメートルで測定されてもよい。いくつかの実施形態では、選択された波長が「ｎｍスケール」で互いに近いとき、「Ｘ」は、両方の波長について同じ距離であり、Ｒ（標的反射）は、両方の波長についてほぼ同一である。いくつかの実施形態では、波長は、これらが２５０ｎｍ以内にあるとき、「ｎｍスケール」で互いに近いと考えられ得る（たとえば１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍ、または１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍ）。しかし、多くの実施形態では、より近いＲ値を有する波長が選択されてもよい。したがって、１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍより、１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍが選択されてもよい。本開示のいくつかの例では、２つのレーザ源（たとえば、２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’）は、互いに１００ｎｍ以内にある波長を有する光を放射するように配置されることが可能である。
【0108】
光ファイバ１０３の状態は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３および／または近位端部１１１の変化または劣化、偏光スクランブリングに対するファイバ屈曲効果、または光ファイバ１０３内で発生するあらゆる他の劣化および変化などの要因によって影響され得る。光ファイバ１０３、詳細には光ファイバ１０３の先端／端部の光状態の変化は、照射されたビームの品質、内部反射された光ビームの強度、ファイバに入った標的からの戻り反射光の量、標的に到達するエネルギーの量、および測定値の正確性の１つまたは複数に有害な影響を与え得る。これは、距離推定の正確性に影響を与え、場合によっては、治療中の光ファイバ１０３の間違った位置決め、または本願明細書に援用する米国仮特許出願第６３／１１８，１１７号に説明されるように、距離推定に基づくエネルギー最適化の算出ミスを招き得る。
【0109】
ファイバ（たとえばファイバ近位端部またはファイバ遠位端部）に関連付けられた平面、またはファイバに光学的に接続された他の光要素（たとえばレンズまたはシールド）に関連付けられた平面からの内部反射は、寄生および望ましくない反射を生成する可能性がある。さらに、これらの内部反射は、ファイバまたは他の要素の劣化によって経時的に変化し得る。また、ファイバの劣化は、標的に向かって照射されるレーザ・ビームの品質、および／またはビーム２２３ａおよび２２３ｂとして光ファイバに入り、そこを通過する反射光などの、標的組織からの戻り反射光の強度を変化させ得る。
【0110】
したがって、いくつかの実施形態に伴い、ブロック３０９において、方法３００は、ファイバ劣化および内部反射における変化中に正確な距離測定を保つために、治療が開始する前に各レーザの初期内部反射を測定することができる。多くのそのような実施形態では、初期内部反射値（またはベース値）は、経時的に変化を監視するために記録および利用されてもよい。たとえば、処理ユニット１０７は、初期内部反射値の表示を記憶するために回路（たとえば、レジスタ、メモリなど）を含むことができる。一部の実施形態では、このプロセスは、レーザ・システムと共に使用される１つまたは複数の光ファイバ１０３について実施されてもよい。たとえば、このプロセスは、レーザ・システムと共に使用される各光ファイバ１０３について実施されてもよい。本明細書において説明されるさまざまな実施形態は、本明細書において提供されるように、距離測定値を動的に較正するために、（たとえば処理ユニット１０７の回路内などに記憶された）初期内部反射値からの変化を監視してもよい。
【0111】
いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、システム治療前較正プロセスを使用して、そのような寄生（たとえば望ましくない）反射のベースライン値を（たとえばレジスタ、メモリなどから）読み取るように構成される。いくつかの実施形態では、システム治療前較正プロセスは、標的無しで水中に治療ファイバを設定することを含んでもよい。この文脈において、「標的無し」は、最も近い標的（たとえば石、腫瘍など）が、光が信号２２３ａとして標的から光ファイバ１０３内に全く、または実質的に全く反射しないように、ファイバの先端から十分遠くに離れて位置し得ることを意味するように解釈されることが可能である。そのような距離は、たとえば、ＩＲ源（たとえば１３１０ｎｍおよび１３４０ｎｍ源）について、光ファイバ１０３の遠位端部１１３から１０ｍｍ、またはそれ以上であってもよい。しかし、可視光（たとえば４００～７００ｎｍ）が利用される場合、１０ｍｍを上回る長さが利用されてもよい。この後、これらの状態下、システムは、レーザ（たとえば２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’）を活性化し、上記で説明されたように反射信号２２３を測定してもよい。これらの状態（たとえば、標的無しの水存在下にあるアクティブ・レーザ）下の反射光２２３ａは非常に小さいので、光検出器に到達する信号は、主に、光ファイバに関連付けられた（たとえばポート２１９から、近位端部１１１から、遠位端部１１３からなどの）内部反射に関連する。
【0112】
そのようなシナリオにおける内部反射された（ＩＲ）光ビームは、光検出器を使用して検出されてもよく、測定された強度値は、処理ユニット１０７によって（たとえば、レジスタ内、メモリ回路内などに）ＩＲ（ＨＩ）およびＩＲ（ＬＯ）として記憶されてもよい。ＩＲ（ＨＩ）は、ファイバ先端（たとえば遠位端部１１３）の近くに標的が存在しないときのより高い吸水率を有する入射光の内部反射の強度であってもよく、その一方でＩＲ（ＬＯ）は、ファイバ先端（たとえば遠位端部１１３）の近くに標的が存在しないときの低い吸水率を有する入射光の内部反射の強度であってもよい。その後、セラピーまたは治療中、光ファイバの遠位端部１１３が標的１０１により近づけて留置されながらレーザが活性化されたとき、戻り信号２２３ａは、光ファイバを通って逆行して反射され、本明細書において説明される光検出器を使用して検出されてもよい。
【0113】
上記で説明されたように測定された強度値を算出することに加えて、処理ユニット１０７は、ブロック３０９において、より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長に対応する、標的１０１（たとえば組織、石など）からの戻された信号の強度の表示であってもよいＩ（ＨＩ）として、（たとえばレジスタ内、メモリ回路内などに）測定された強度値を記憶し、より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長に対応する、標的１０１（たとえば組織、石など）からの戻された信号の強度の表示であってもよいＩ（ＬＯ）を記憶することができる。しかし、実際の戻された信号２２３の読取値から寄生（または望ましくない）反射の値を排除するために、処理ユニット１０７は、以下の式３．１内に示されるように実際の戻された信号Ｉ（ＨＩ）の読取値からＩＲ（ＨＩ）を、そして、以下の式３．１および３．２それぞれに示されるように実際の戻された信号Ｉ（ＬＯ）の読取値からＩＲ（ＬＯ）を減算および／または低減してもよい。
【0114】
【数5】
【0115】
上記の式３．１では、Ｉ’（ＨＩ）は、（寄生（または望ましくない）反射を有さない）より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長に対応する戻された信号の新たに算出された強度を指し、Ｉ（ＨＩ）は、（寄生（または望ましくない）反射を有する）より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長に対応する戻された信号の測定された強度を指し、ＩＲ（ＨＩ）は、（「標的無し」で測定された）より高い吸水率を有する入射光の内部反射の測定された強度を指す。
【0116】
同様に、上記式３．２では、Ｉ’（ＬＯ）は、（寄生（または望ましくない）反射を有さない）より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長に対応する戻された信号の新たに算出された強度を指し、Ｉ（ＬＯ）は、（寄生（または望ましくない）反射を有する）より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長に対応する戻された信号の測定された強度を指し、ＩＲ（ＬＯ）は、（「標的無し」で測定された）より低い吸水率を有する入射光の内部反射の測定された強度を指す。
【0117】
したがって、新たな強度の算出された値Ｉ’（ＨＩ）およびＩ’（ＬＯ）を使用して、処理ユニット１０７は、新たに「較正された」値Ｉ’（ＨＩ）およびＩ’（ＬＯ）を以下で示されるように式２．２に代入することによって、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を決定してもよい。
【0118】
【数6】
【0119】
いくつかの実施形態では、「Ｘ」の上記の式は、以下に示されるように表示されてもよい。
【0120】
【数7】
【0121】
上記で言及されたように、内部反射は、経時的に一定でないことがあり、光ファイバ１０３の遠位端部１１３の光品質などの、（システムの外部である治療環境の動態による変化ではなく）システムの内部光パラメータの何らかの変化によって変化することがある。治療ビーム２３３のパワー・レベル、光ファイバ１０３の遠位端部１１３（または先端）において生じるキャビテーション効果、およびファイバが治療中に配設される液体環境の１つまたは複数により、光ファイバは、主に遠位端部１１３（または先端）においてさまざまな量の劣化を受ける。したがって、一部の実施形態では、治療中に反射信号２２３を繰り返し監視し、内部反射におけるそのような変化を動的に考慮に入れる、またはこれに合わせて調整することによって、「リアルタイム」または「動的」な較正が実施されてもよい。たとえば、構成２００Ｄ～２００Ｇにおいて示されるように、そのようなリアルタイム較正を実施するために、較正レーザ（たとえばレーザ源２０１ｃまたはレーザ源２０１ｃ’）が、光ファイバ１０３のそのような劣化を考慮に入れたより正確な距離推定を容易にするために利用されることが可能である。
【0122】
構成２００Ｄ～２００Ｇに関して説明されるように、較正レーザ・ビーム（たとえば２２５ｃまたは２２５ｃ’）は、水中で非常に高い吸収率を有する波長を有する。一例として、偏光レーザ源２０１ｃ、または無偏光レーザ源２０１ｃ’の波長は、１４３５ｎｍであってもよい。較正レーザ２０１ｃおよび２０１ｃ’によって生成されたレーザ・ビームは、上記で説明されたように、液体環境によって非常に強く吸収されるため、これらのレーザ・ビームに関連付けられた戻り反射光２３３ａがファイバ内に戻ることはほとんどない。したがって、較正レーザ源（たとえば２０１ｃまたは２０１ｃ’）がアクティブである間、較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’の波長を有する反射信号２２３は主に、内部反射に関連付けられる（またはこれを表示する）。
【0123】
一部の実施形態では、処理ユニット１０７は、ブロック３０９において、治療が開始する前にレーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’に関連付けられたアーキテクチャ１００の内部反射の１つまたは複数のベース値を読み取り、記憶するように構成されることが可能である。これらの１つまたは複数のベース値は、治療が開始する前の光ファイバ１０３の「品質」（たとえば、遠位端部１１３の光品質）を表してもよく、処理ユニット１０７によって（たとえばレジスタ内、メモリ回路内などに）記憶されることが可能である。さらに、処理ユニット１０７は、ベース値からの逸脱を特定するために、較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’によって放射された光の内部反射を、治療中に「リアルタイム」で測定し続けるように構成されてもよい。これらの逸脱の監視は、光ファイバの光品質の劣化に関する表示を提供し、また、信号２２３ａに関連付けられた、任意の測定された戻り反射強度を正すために使用されてもよい。多くの実施形態では、較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’によって放射された光の内部反射の読取値に基づいて、処理ユニット１０７は、主要レーザ源２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’の較正パラメータを修正してもよい。
【0124】
いくつかの実施形態では、方法３００は、較正プロセスのブロックを含むことができる。たとえば、処理ユニット１０７は、システムが水中で活性化される場合に較正レーザ２０１ｃまたは２０１ｃ’によって放射された光に関連付けられた、１つまたは複数の内部放射値を読み取り、記憶することができる。較正レーザ２０１ｃおよび２０１ｃ’は水中に非常に多く吸収されるので、レーザ２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’によって放射された光に関連付けられた反射信号の測定値と比べて、２０１ｃまたは２０１ｃ’の較正読み取り中の標的１０１までの距離に対する感度は、かなり低くなり得る。以下でより詳細に説明されるように、これは、標的がファイバの先端近くにあり得るときでも、治療中、較正レーザ測定の継続を提供することができる。
【0125】
その後、標的１０１は、レーザ２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’を有する例示的な構成２００Ｄ～２００Ｇの１つを使用して、照明されることが可能である。そのようなシナリオにおける反射光ビーム２２３ａおよび２２３ｂは、光検出器を使用して検出されてもよく、処理ユニット１０７は、測定された強度値をＩ（ＨＩ）、Ｉ（ＬＯ）として、較正レーザＩＲ（ＣＡＬ）の内部反射の追加の関連付けられた測定値と一緒に記憶することができる。Ｉ（ＨＩ）は、より高い吸水率を有する入射光の標的からの戻り反射の強度であってもよく、Ｉ（ＬＯ）は、低い吸水率を有する入射光の標的からの戻り反射の強度であってもよく、ＩＲ（ＣＡＬ）は、較正レーザ２０１ｃまたは２０１ｃ’からの入射光の内部反射の強度であってもよい。
【0126】
いくつかの実施形態では、較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’からの入射光は水によって多く吸収されるため、標的１０１の存在または不在は、反射ＩＲ（ＣＡＬ）に影響を与えない場合がある。その結果、ＩＲ（ＣＡＬ）値における変化は、光ファイバ１０３、詳細には光ファイバ１０３の先端（たとえば遠位端部１１３など）の劣化における変化の結果となり得る。いくつかの実施形態では、ＩＲ（ＣＡＬ）値の相対変化に基づいて、処理ユニット１０７は、前に測定されたＩＲ（ＨＩ）およびＩＲ（ＬＯ）値、または現在測定されているＩ（ＬＯ）またはＩ（ＨＩ）を調整してもよい。
【0127】
その後、治療中（たとえばレーザが標的１０１を治療するために活性化されているとき）、標的１０１が存在するとき（たとえば、標的が光ファイバ１０３の遠位端部１１３から１０ｍｍ以下の距離にあるときなどの、標的１０１が、戻り反射信号２２３ａを生成するのに十分な近さの距離にあるとき）、レーザ源２０１ａまたは２０１ａ’およびレーザ源２０１ｂまたは２０１ｂ’についての戻り反射光ビーム２２３ａ、ならびに較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’からの内部反射２２３ｃは、光検出器を使用して検出されてもよい。処理ユニット１０７は、ブロック３０９において、より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有する光に対応する戻された信号の強度を表し得るＩ（ＨＩ）として、より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する光に対応する戻された信号の強度を表し得るＩ（ＬＯ）として、およびさらにより高い吸水率を有する波長を有する光（たとえば、較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’によって放射された光）に対応する戻された内部反射信号の強度を表し得るＩＲ（ＣＡＬ）として、測定された強度値を記憶することができる。さらに、較正係数を決定するために、処理ユニット１０７は、以下の式４に示されるように、較正プロセス治療前からのＩＲ（ＣＡＬ－ＰＲＥ）を、治療中に行われた較正プロセスからのＩＲ（ＣＡＬ－ＤＵＲ）から除算してもよい。
【0128】
【数8】
【0129】
治療前および治療中の較正レーザ源２０１ｃまたは２０１ｃ’の内部反射が同じであり、光ファイバ１０３における変化がないとき、較正係数は「１」であり得る。さらに、較正係数に基づいて主要レーザ２０１ａおよび２０１ｂまたは２０１ａ’および２０１ｂ’のパラメータを修正するために、処理ユニット１０７は、以下の式５．１および５．２に示されるように、較正係数を使用してもよい。
【0130】
【数9】
【0131】
上記の式５．１では、Ｉ’’（ＨＩ）は、より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有する光に対応する、標的からの戻り反射信号の新たに較正された強度を指し、Ｉ（ＨＩ）は、より高い吸水率（ＨＩ）を有する波長を有する光に対応する、標的からの戻り反射信号の測定された強度を指し、ＩＲ（ＨＩ）は、（「標的無し」で測定された）より高い吸水率を有する波長を有する入射レーザ光の内部反射の測定された強度を指し、ＣＦは、式４を使用して決定された較正係数を指す。
【0132】
上記の式５．２では、Ｉ’’（ＬＯ）は、より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する光に対応する、標的からの戻り反射信号の新たに較正された強度を指し、Ｉ（ＬＯ）は、より低い吸水率（ＬＯ）を有する波長を有する光に対応する、標的からの戻り反射信号の測定された強度を指し、ＩＲ（ＬＯ）は、（「標的無し」で測定された）より低い吸水率を有する波長を有する入射レーザ光の内部反射の測定された強度を指し、ＣＦは、式４を使用して決定された較正係数を指す。
【0133】
したがって、新しく較正された強度値Ｉ’’（ＨＩ）およびＩ’’（ＬＯ）を使用して、処理ユニット１０７は、ブロック３０９において、新たに較正された値Ｉ’’（ＨＩ）およびＩ’’（ＬＯ）を以下に示されるように式２．２に代入することによって、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を決定することができる。
【0134】
【数10】
【0135】
したがって、このようにして、システム治療前較正およびリアルタイム較正が、動作中、ファイバの変化（たとえば劣化など）を動的に考慮に入れるために、リアルタイムで（たとえば処理ユニット１０７によって）較正係数を更新するために実施および利用されてもよい。一部の実施形態では、治療前較正およびリアルタイム較正は、ファイバが劣化を受けたときに、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の推定された距離の正確性を保証するために実施されてもよい。
【0136】
ブロック３１１において、方法は、表示器を介して光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の（たとえば、ブロック３０９において）推定された距離を処理ユニット１０７によって表示する工程を含む。たとえば、処理ユニット１０７は、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の推定された距離を、処理ユニット１０７に関連付けられた表示器１０９を介して表示されるようにする。特有の例として、表示器１０９は、視覚表示器、音声表示器、および触覚表示器の１つまたは複数を含んでもよい。したがって、処理ユニット１０７は、ブロック３１１において、推定された距離の表示を表示器に表示させる（たとえば、ディスプレイさせる、可聴的に知らせる、触覚的に知らせるなど）ために、表示器１０９に制御信号を送ることができる。
【0137】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１０３の遠位端部と標的１０１との間の推定された距離に基づいて、光ファイバ１０３の位置、光ファイバ１０３の配向、治療ビームの特徴などの１つまたは複数が、より正確な照準などによって治療ビームが標的１０１に対して正確に効率的に影響を与えるように、リアルタイムで変更されてもよい。
【0138】
図３Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法３５０を示すフロー図を示す。方法３５０は、上記で説明されたアーキテクチャ１００およびＬＥＴＤ１０５のさまざまな構成を参照しながら説明される。しかし、方法３００が、本明細書に説明されるものとは異なるＬＥＴＤを使用して実施され得ることを理解されたい。実施形態は、この文脈に限定されない。
【0139】
ブロック３５１において、方法３５０は、第１の波長のレーザ光に対応する第１の反射レーザ光に基づいて、第１の強度値を決定する工程を含み、第１の波長のレーザ光は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３を退出し、第１の反射レーザ光は、標的１０１によって反射され、光ファイバ１０３の遠位端部１１３に入る。たとえば、処理ユニット１０７は、高い吸水率を有する波長を有する光に対応する反射レーザ光２２３ａに基づいて、第１の強度値を決定してもよい。いくつかの実施形態では、高い吸水率を有する波長に対応するレーザ光は、上記で論じられたように、レーザ源２０１ａまたは２０１ａ’によって生成されてもよい。
【0140】
ブロック３５３において、方法３５０は、第２の波長のレーザ光に対応する第２の反射レーザ光に基づいて、第２の強度値を決定する工程を含み、第２の波長のレーザ光は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３を退出し、第２の反射レーザ光は、標的１０１によって反射され、光ファイバの遠位端部１１３に入る。たとえば、処理ユニット１０７は、ブロック３５０において、低い吸水率を有する波長を有する光に対応する反射レーザ光２２３に基づいて、第２の強度値を決定してもよい。いくつかの実施形態では、低い吸水率を有する波長に対応するレーザ光は、上記で論じられたように、２０１ｂまたは２０１ｂ’によって生成されてもよい。
【0141】
ブロック３５５において、方法３５０は、第１の強度値と第２の強度値との比を計算する工程を含む。たとえば、プロセッサ１０７は、ブロック３５５において、第１の強度値と第２の強度値との比を計算するために、式２．１を利用してもよい。ブロック３５７において、方法３５０は、ブロック３５５において導出された第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を推定する工程を含む。たとえば、プロセッサ１０７は、ブロック３５７において、第１の強度値と第２の強度値との比に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を推定するために、式２．２を利用してもよい。
【0142】
図３Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、ファイバ端部と標的との間の距離を推定する方法３８０を示すフロー図を示す。方法３８０は、上記で説明されたアーキテクチャ１００およびＬＥＴＤ１０５のさまざまな構成を参照しながら説明される。しかし、方法３００は、本明細書に説明されるものとは異なるＬＥＴＤを使用して実施され得ることを理解されたい。実施形態は、この文脈に限定されない。
【0143】
ブロック３８１において、方法３８０は、複数の異なる波長のレーザ光で標的を照明する工程を含む。たとえば、構成２００Ａ～２００Ｇの１つが、複数の異なる波長のレーザ光２２１で標的１０１を照明するために利用されてもよい。一部の実施形態では、複数の異なる波長のレーザ光２２１は、光ビーム２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２３１、および／または２３３の１つまたは複数を含むことができる。
【0144】
ブロック３８３において、方法３８０は、光ファイバを介して標的から反射光ビームを受け取る工程を含む。たとえば、構成２００Ａ～２００Ｇの１つが、（たとえば標的１０１から反射された光に対応する）反射光ビーム２２３を受け取り、光ファイバ１０３を介して戻り伝送するために使用されてもよい。一部の実施形態では、反射光ビーム２２３は、標的１０１から反射され、光ファイバ１０３の遠位端部１１３に入ることができ、したがって反射光２２３ａを含んでもよい。反射光２２３ａはまた、システム内の光構成要素（たとえば近位端部１１１、遠位端部１１３など）から反射された光を含むこともでき、較正光ビーム２２５ｃに関連付けられた反射光に対応する反射光２２３ｃを含むことができる。
【0145】
ブロック３８５において、方法３８０は、１つまたは複数の光検出器によって反射光ビーム２２３の強度を測定する工程を含む。多くの実施形態では、構成２００Ａ～２００Ｇの１つが、１つまたは複数の光検出器によって反射光ビーム２２３の強度を測定するために利用されてもよい。たとえば、第１の光検出器２１５および第２の光検出器２１７が、反射光ビーム２２３の強度を測定するために利用されてもよい。別の例では、第３の光検出器２２７が、反射光ビーム２２３の強度を測定するために利用されてもよい。
【0146】
ブロック３８７において、方法３８０は、１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビーム２２３の強度に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を推定する工程を含む。たとえば、処理ユニット１０７は、１つまたは複数の光検出器によって測定された反射光ビーム２２３の強度に基づいて、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を推定するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニット１０７は、コンピュータ・システム４００の１つまたは複数の部分内に備えられてもよい。
【0147】
図４は、本開示と一致する実施形態を実装するための例示的なコンピュータ・システム４００のブロック図である。コンピュータ・システム４００、またはその１つまたは複数の部分は、処理ユニット１０７を備えてもよい。異なって言えば、処理ユニット１０７は、コンピュータ・システム４００によって実装されることが可能である。いくつかのそのような実施形態では、コンピュータ・システム４００は、光ファイバ１０３の遠位端部１１３と標的１０１との間の距離を推定するために利用されてもよい。実施形態は、本文脈に限定されない。
【0148】
コンピュータ・システム４００は、中央処理ユニット（「ＣＰＵ」または「プロセッサ」）４０２を含んでもよい。プロセッサ４０２は、（たとえば方法３００、３５０、および／または３８０に関して）上記で説明された動作を行うために命令またはプログラム構成要素を実行するように配置された、少なくとも１つのデータ・プロセッサを含んでもよい。ユーザは、本開示に含められるものなどのデバイスを使用する人（たとえば、医師、看護師、技術者など）、またはデバイスそれ自体を含んでもよい。プロセッサ４０２は、統合されたシステム（バス）・コントローラ、メモリ管理制御ユニット、浮動小数点ユニット、画像処理ユニット、デジタル信号処理ユニット、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または商用処理ユニットなどの特殊な処理ユニットを含んでもよい。プロセッサ４０２は、入力デバイス４１１および／または出力デバイス４１２と（たとえばＩ／Ｏインターフェース４０１などを介して）通信するように構成され、これと通信状態で配置されてもよい。Ｉ／Ｏインターフェース４０１は、限定的ではないが、音声、アナログ、デジタル、ステレオ、ＩＥＥＥ－１３９４、シリアル・バス、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）（登録商標）、赤外線、ＰＳ／２、ＢＮＣ、同軸、コンポーネント、複合、デジタル視覚インターフェース（ＤＶＩ）、高品位マルチメディア・インターフェース（ＨＤＭＩ）（登録商標）、高周波（ＲＦ）アンテナ、Ｓ－ビデオ、ビデオ・グラフィックス・アレイ（ＶＧＡ）、ＩＥＥＥ ８０２．ｘｘ／ｂ／ｇ／ｎ／ｘ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラー（たとえば、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）、高速パケット・アクセス（ＨＳＰＡ＋）、モバイル通信のためのグローバル・システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（ＧＳＭ）（登録商標）、ロングターム・エボリューション（ＬＴＥ）（登録商標）、Ｗｉｍａｘ（登録商標）など）などの通信プロトコルまたは通信方法を採用してもよい。
【0149】
Ｉ／Ｏインターフェース４０１を使用して、コンピュータ・システム４００は、入力デバイス４１１および／または出力デバイス４１２と通信してもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ４０２は、（たとえば、ネットワーク・インターフェース４０３などを介して）通信ネットワーク４０９と通信するように構成され、これと通信状態で配置されてもよい。ネットワーク・インターフェース４０３は、通信ネットワーク４０９を介して通信するために利用されてもよい。ネットワーク・インターフェース４０３は、限定的ではないが、直接接続、イーサネット（登録商標）（たとえば、ツイスト・ペア１０／１００／１０００ Ｂａｓｅ Ｔ）、伝送制御プロトコル／インターネット・プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、トークン・リング、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ｘなどを含む、接続プロトコルを採用してもよい。ネットワーク・インターフェース４０３および通信ネットワーク４０９を使用して、コンピュータ・システム４００は、ＬＥＴＤシステム１０５および／または表示器１０９と通信してもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム４００の１つまたは複数の部分は、ＬＥＴＤシステム１０５内に統合されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、ＬＥＴＤシステム１０５の１つまたは複数の構成要素（たとえばパワー検出器および／または光検出器）は、入力デバイス４１１を備えてもよい。
【0150】
通信ネットワーク４０９は、イントラネットまたはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、クローズド・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）などの異なるタイプのネットワークの１つとして実装されることが可能である。通信ネットワーク４０９は、互いに通信するために、たとえば、ハイパーテキスト・トランスファ・プロトコル（ＨＴＴＰ）、ＣＡＮプロトコル、伝送制御プロトコル／インターネット・プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、ワイヤレス・アプリケーション・プロトコル（ＷＡＰ）などの多様なプロトコルを使用する異なるタイプのネットワークの関連付けを表す、専用ネットワークまたは共有ネットワークであってもよい。さらに、通信ネットワーク４０９は、ルータ、ブリッジ、サーバ、コンピューティング・デバイス、記憶デバイスなどを含む多様なネットワーク・デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ４０２は、記憶インターフェース４０４を介してメモリ４０５（たとえば図４に図示されないが、ＲＡＭ、ＲＯＭなど）と通信状態で配設されてもよい。記憶インターフェース４０４は、シリアル・アドバンスド・テクノロジ・アタッチメント（ＳＡＴＡ）、統合ドライブ・エレクトロニクス（ＩＤＥ）、ＩＥＥＥ－１３９４、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）（登録商標）、ファイバ・チャネル、スモール・コンピュータ・システム・インターフェース（ＳＣＳＩ）などの接続プロトコルを採用する、限定的ではないが、メモリ・ドライブ、取り外し可能なディスク・ドライブなどを含むメモリ４０５に接続してもよい。メモリ・ドライブは、ドラム、磁気ディスク・ドライブ、光磁気ドライブ、光学ドライブ、リダンダント・アレイ・オブ・インディペンデント・ディスクズ（ＲＡＩＤ）、ソリッドステート・メモリ・デバイス、ソリッドステート・ドライブなどをさらに含んでもよい。
【0151】
メモリ４０５は、限定的ではないが、ユーザ・インターフェース４０６、オペレーティング・システム４０７、ウェブ・ブラウザ４０８、および命令４１５などを含む、プログラムまたはデータベース構成要素のコレクションを記憶してもよい。さまざまな実施形態では、命令４１５は、プロセッサ４０２によって実行されたとき、距離を推定するか、または較正を実施するなどのために、本明細書によって説明される１つまたは複数の技法、工程、手順、および／または方法をプロセッサ４０２に実施させる命令を含んでもよい。たとえば方法３００、３５０、および／または３８０を実施するための命令が、メモリ４０５内に記憶されてもよい。多くの実施形態では、メモリ４０５は、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体を含む。たとえば、メモリ４０５は、命令４１５を非一時的に記憶するように配置されたメモリ回路を備えるメモリ・デバイスであることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム４００は、本開示に説明されるように、データ、変数、記録などのユーザ／アプリケーション・データを記憶してもよい。そのようなデータベースは、オラクル（Ｏｒａｃｌｅ）（登録商標）またはサイベース（Ｓｙｂａｓｅ）（登録商標）などのフォールトトレラント（ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔ）、リレーショナル（ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ）、スケーラブル（ｓｃａｌａｂｌｅ）、セキュアなデータベースとして実装されてもよい。
【0152】
オペレーティング・システム４０７は、コンピュータ・システム４００のリソース管理および動作を容易にしてもよい。オペレーティング・システムの例は、限定的ではないが、ＡＰＰＬＥ（登録商標）ＭＡＣＩＮＴＯＳＨ（登録商標）ＯＳ Ｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＵＮＩＸライク・システム・ディストリビューション（たとえば、ＢＥＲＫＥＬＥＹ ＳＯＦＴＷＡＲＥ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ（ＢＳＤ）、ＦＲＥＥＢＳＤ（登録商標）、ＮＥＴＢＳＤ（商標）、ＯＰＥＮＢＳＤなど）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮＳ（たとえば、ＲＥＤ ＨＡＴ（登録商標）、ＵＢＵＮＴＵ（登録商標）、ＫＵＢＵＮＴＵ（商標）など）、ＩＢＭ（登録商標）ＯＳ／２（登録商標）、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）（ＸＰ（登録商標）、ＶＩＳＴＡ（登録商標）／７／８、１０など）、ＡＰＰＬＥ（登録商標）ＩＯＳ（登録商標）、ＧＯＯＧＬＥ（登録商標）ＡＮＤＲＯＩＤ（登録商標）、ＢＬＡＣＫＢＥＲＲＹ（登録商標）ＯＳなどを含む。ユーザ・インターフェース４０６は、テキストまたはグラフィック設備を介して、プログラム構成要素のディスプレイ、実行、インタラクション、操作、または動作を容易にしてもよい。たとえば、ユーザ・インターフェースは、カーソル、アイコン、チェックボックス、メニュー、スクロール、ウィンドウ、ウィジェットなどのコンピュータ・システム４００に動作可能に接続されたディスプレイ・システム上のコンピュータ・インタラクション・インターフェース要素を提供してもよい。限定的ではないが、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）オペレーティング・システム Ａｑｕａ（登録商標）、ＩＢＭ（登録商標）ＯＳ／２（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）（たとえば、Ａｅｒｏ、Ｍｅｔｒｏなど）、ウェブ・インターフェース・ライブラリ（たとえば、ＡｃｔｉｖｅＸ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、ＡＪＡＸ、ＨＴＭＬ、Ａｄｏｂｅ（登録商標）Ｆｌａｓｈ（登録商標）など）などを含むグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）が、採用されてもよい。
【0153】
いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム４００は、ウェブ・ブラウザ４０８に記憶されたプログラム構成要素を実装してもよい。ウェブ・ブラウザ４０８は、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＩＮＴＥＲＮＥＴ ＥＸＰＬＯＲＥＲ（登録商標）、ＧＯＯＧＬＥ（登録商標）ＣＨＲＯＭＥ（登録商標）、ＭＯＺＩＬＬＡ（登録商標）ＦＩＲＥＦＯＸ（登録商標）、ＡＰＰＬＥ（登録商標）ＳＡＦＡＲＩ（登録商標）などのハイパーテキスト閲覧アプリケーションであってもよい。セキュアなウェブ・ブラウジングは、セキュア・ハイパーテキスト・トランスポート・プロトコル（ＨＴＴＰＳ）、セキュア・ソケット・レイヤー（ＳＳＬ）、トランスポート・レイヤー・セキュリティ（ＴＬＳ）などを使用して提供されてもよい。ウェブ・ブラウザ４０８は、ＡＪＡＸ、ＤＨＴＭＬ、ＡＤＯＢＥ（登録商標）ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、アプリケーション・プログラミング・インターフェース（ＡＰＩ）などの設備を利用してもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム４００は、メール・サーバに記憶されたプログラム構成要素を実装してもよい。メール・サーバは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅなどのインターネット・メール・サーバであってもよい。メール・サーバは、アクティブ・サーバ・ページ（ＡＳＰ）、ＡＣＴＩＶＥＸ（登録商標）、ＡＮＳＩ Ｃ＋＋／Ｃ＃、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）、．ＮＥＴ、ＣＧＩ ＳＣＲＩＰＴＳ、ＪＡＶＡ（登録商標）、ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ（登録商標）、ＰＥＲＬ（登録商標）、ＰＨＰ、ＰＹＴＨＯＮ（登録商標）、ＷＥＢＯＢＪＥＣＴＳ（登録商標）などの設備を利用してもよい。メール・サーバは、インターネット・メッセージ・アクセス・プロトコル（ＩＭＡＰ）、メッセージング・アプリケーション・プログラミング・インターフェース（ＭＡＰＩ）、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ｅｘｃｈａｎｇｅ、ポスト・オフィス・プロトコル（ＰＯＰ）、シンプル・メール・トランスファ・プロトコル（ＳＭＴＰ）などの通信プロトコルを利用してもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム４００は、メール・クライアントに記憶されたプログラム構成要素を実装してもよい。メール・クライアントは、ＡＰＰＬＥ（登録商標）ＭＡＩＬ、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＥＮＴＯＵＲＡＧＥ（登録商標）、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＯＵＴＬＯＯＫ（登録商標）、ＭＯＺＩＬＬＡ（登録商標）ＴＨＵＮＤＥＲＢＩＲＤ（登録商標）などのメール閲覧アプリケーションであってもよい。
【0154】
さらに、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体が、本開示と一致する実施形態を実装する上で利用されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサによって読み取り可能な情報またはデータが記憶され得る任意のタイプの物理的メモリを指す。したがって、コンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサに、本明細書に説明される実施形態と一致する工程または段階を実施させるための命令を含む、１つまたは複数のプロセッサによる実行のための命令を記憶してもよい。用語「コンピュータ可読媒体」は、有形アイテムを含み、キャリア波および過渡信号を除くこと、すなわち非一時的であることが理解されなければならない。例として、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハード・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）ＲＯＭ、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、フラッシュ・ドライブ、ディスク、および任意の他の知られている物理的記憶媒体が含まれる。
【0155】
さまざまな実施形態では、本開示は、多様な技術的効果および改善を提供し得る。たとえば、本開示は、２つの異なる波長（一方は低吸水率を有し、他方は高吸水率を有する）のレーザ光を使用して、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離の推定を可能にしてもよい。そのような波長選択に基づく距離の推定は、異なるタイプの標的、標的の組成、標的の色、標的の表面などに対するロバスト性を提供することができる。本開示に開示される波長変調ベースの技法およびシステムは、光ファイバの遠位端部と標的との間の距離を推定するために提供されることが可能であり、距離の正確な推定を容易にすることができる。さらに、本開示は、さまざまなタイプの標的について光ファイバの遠位端部と標的との間の距離の推定のプロセスを提供し、従来的に可能であったものより変化に富んだ標的についての距離の推定を実現することができる。したがって、本開示は、従来的に可能であったものよりさらに正確に標的に照準するためのシステムおよび方法を提供する。より正確な照準は、有害な転帰および／または恒久的なダメージをそれ自体が招き得る、標的の間違った部分のアブレーションおよび／または破砕を排除または低減することができる。また、より正確な照準は、標的をアブレーションおよび／または破砕する際に費やす時間をより短くする。
【0156】
一部の実施形態では、本開示は、低視認性環境（たとえばダストまたは標的断片を含む環境）内などで治療ビームを正確に位置決めおよび／または照準するために使用されてもよい。たとえば、標的（たとえば腎臓結石）の治療中、石片またはダストの存在によって水が濁ることがある。これは、標的（たとえば腎臓結石）を見る能力を低減し得る（または妨げ得る）。そのようなシナリオにおいて、本開示では、光ファイバの留置について（たとえば、ファイバが標的の前に留置されているか、または標的が検出されていないかを）治療する医師に正確に認識させ、伝えるためのシステムを提供する。
【0157】
さらに、多くの実施形態では、本開示は、距離測定に使用されてもよい。たとえば、標的（たとえば腎臓結石）は、治療中に動き回ることがあり、それによって、治療ビームに関連付けられたレーザ光が、標的に入射するのではなく、望ましくないエリア（たとえば、健康な組織など）に入射することを招き得る。したがって、本開示は、光ファイバと標的との間の距離の自動のリアルタイムでの監視を可能にしてもよく、それによって望ましくないエリアにレーザ発振するという可能性を低減または排除することができる。
【0158】
さらに、さまざまな実施形態では、本開示は、１つまたは複数の動作パラメータを制御および／または調整する目的で使用されてもよい。たとえば、治療中、標的は、前後に移動するか、またはその形状およびサイズを変化させることがある。したがって、標的へのレーザ発振を開始する前にレーザ源について事前設定されたパラメータは、効果が低下し得る。従来的には、そのような事前設定されたパラメータは手動で変更されており、それによってエラーが生じやすく、時間がかかることがあり、またはいくつかの場合、事前設定されたパラメータは、変更されないままであることがあり、それによって光ファイバが標的に近すぎる、またはそこから遠すぎることになり得るシナリオを招くことがある。したがって、本開示に開示されるような、光ファイバと標的との間の距離の自動のリアルタイムでの監視は、最良の結果になるようにレーザ発振を標的の形状、位置などにしたがって調整するために、レーザ発振の事前設定パラメータを自動で変更することを可能にすることができる。
【0159】
本明細書における実質的にいかなる複数および／または単数の用語の使用に関しても、当業者は、文脈および／または用途に適切であるように、複数から単数におよび／または単数から複数に読み替えることができる。さまざまな単数および／または複数の置換は、限定ではなく明確にするために、本明細書において明示的に述べられる。
【0160】
全般的に、本明細書において使用される用語が、通常、「オープンである」用語として意図される（たとえば用語「含んでいる」は、「それだけに限定されないが、含んでいる」として解釈されなければならず、用語「有する」は、「少なくとも有する」として解釈されなければならず、用語「含む」は、「それだけに限定されないが、含む」として解釈されなければならない、など）ことが、当業者によって理解されるであろう。さらに、導入された請求項の記載の特有の数が意図される場合が、当業者によって理解されるであろう。たとえば、理解を助けるものとして、詳細な説明は、請求項の記載を導入するために「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」の導入句の使用を含むことがある。しかし、そのような句の使用は、不定冠詞「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」による請求項の記載の導入が、同じ請求項が導入句「１つまたは複数」または「少なくとも１つ」、および「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」などの不定冠詞を含む場合であっても、導入されたそのような請求項の記載を含むいかなる特定の請求項も、１つのそのような記載のみを含む開示に限定することを示唆すると捉えられてはならない（たとえば、「１つ（ａ）」および／または「１つ（ａｎ）」は、典型的には「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を意味すると解釈されなければならない）。同じことが、請求項の記載を導入するために使用される定冠詞の使用についても当てはまる。加えて、導入された請求の記載の特有の数が明示的に記載される場合であっても、そのような記載が、典型的には、少なくとも記載された数を意味するように解釈されなければならないことを当業者は認識するであろう（たとえば、他の修飾語がない「２つの記載」だけの記載は、典型的には、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。
【0161】
本明細書において開示され、特許請求されるデバイスおよび／または方法のすべては、本開示に照らして過度の試験を行うことなく作製され、実行されることが可能である。本開示のデバイスおよび方法は、好ましい実施形態に関して説明されてきたが、本開示の概念、趣旨、および範囲から逸脱することなく、本明細書に説明されるデバイスおよび／または方法ならびに方法のステップまたはステップの順序において変更が適用可能であることが当業者に明らかになり得る。当業者に明らかであるすべてのそのような類似の代用および改変は、付属の特許請求の範囲によって定義される本開示の趣旨、範囲、および概念内に含まれるとみなされる。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【国際調査報告】